10.3 Одноперехідний транзистор

Одноперехідний транзистор, або двобазовий діод (рисунок 10.10), - це біполярний прилад, що працює в режимі перемикання. перехід, що відокремлює високолеговану область емітера від низьколегованої базової області, розділяє останню на дві частини: нижню з довжиною і верхню базу з довжиною . Струм емітера при прямому вмиканні цього переходу містить здебільшого лише діркову складову, і тому перехід називають інжектором. Принцип дії приладу грунтується на зміні об’ємного опору бази під час інжекції.

Рисунок 10.10 – Будова одноперехідного транзистора

На омічні контакти верхньої і нижньої баз подається напруга, що викликає проходження через прилад струму . Цей струм створює на опорі нижньої бази спад напруги , яке містить перехід у зворотному напрямі. Через закритий перехід тече його зворотний струм (рисунок 10.10). При прикладенні до входу транзистора напруга перехід не відкривається, і малий струм залишається практично незмінним. Транзистор перебуває в закритому стані. При перехід вмикається прямо, і починається інжекція дірок до баз, унаслідок чого їх опори зменшуються. Це приводить до зменшення спаду напруги , подальшого відкривання переходу, збільшення струму , подальшого зменшення опорів баз і т.д.

Починається лавинний процес перемикання транзистора, що супроводжується збільшенням ємітерного струму і зменшенням спаду напруги між емітером і нижньою базою ( ). На вхідній статичній характеристиці виникає ділянка з негативним диференційним опором (рисунок 10.11, а). Внаслідок процесу перемикання транзистор переходить до відкритого стану. В цьому стані прилад перебуватиме доти, поки інжекція дірок через перехід буде підтримувати в базі надлишкову концентрацію носіїв, тобто поки струм буде більшим за величину вимкн (рисунок 10.11, а).

На рисунку 10.11,б показано вихідні характеристики одноперехідного транзистора . При =0 вихідна характеристика лінійна, бо прилад поводить себе як звичайний резистор. При >0 вихідні характеристики набирають нелінійного характеру, оскільки результуюча напруга на переході змінюються при зміні вихідного струму .

Рисунок 10.11 – Вхідна (а) і вихідна (б) статичні характеристики одноперехідного транзистора

Одноперехідні транзистори використовують у різноманітних імпульсних схемах (генератори релаксаційних коливань, підсилювачі тощо).

10.4 Високочастотні малопотужні транзистори

Як відомо з п.10.1, частотний діапазон БТ має задовольнити вимогу , з якої випливає, що для роботи на високих частотах БТ повинен мати малий розподільний опір бази і малу бар’єрну ємність КП .

При виготовленні високочастотних транзисторів сплавний спосіб не застосовують, оскільки він не дозволяє отримати вузьку базу (малий опір ) і малу площу переходів. Тому такі транзистори виготовляють за технологією дифузійного введення домішок. Глибина проникнення атомів домішок у напівпровідниковий кристал залежить від тривалості процесу дифузії та виду дифундуючих домішок.

При цьому в кристалі створюється нерівномірний розподіл домішок від поверхні до глибини. Це сприяє збільшенню концентрації домішок у базі біля ЕП і, як наслідок, зменшенню . Відносне зменшення концентрації домішок біля КП приводить до зменшення його бар’єрної ємності за рахунок розширення переходу в бік бази, а також до збільшення пробивної напруги колектора.

Прикладом транзисторів, виготовлених за дифузійною технологією, є дрейфові транзистори. У базах транзисторів створюється експоненціальний розподіл донорних домішок, що зменшується від емітера до колектора (рисунок 10.12).

У наслідок іонізації атомів домішок у базі виникає так зване вбудоване електричне поле, спрямоване від емітера до колектора. Це поле збільшує швидкість руху через базу. Завдяки цьому усувається істотний недолік сплавних транзисторів з точки зору частотних властивостей, тобто зменшується час прольоту дірок через базу. Ємність КП у таких транзисторах мала, тому що він має велику товщину.

Рисунок 10.12 – Розподіл концентрації донорних домішок у базі дрейфового БТ

Існують також дифузійно-сплавні транзистори, в яких області колектора і бази виготовляють шляхом дифузії домішок, а ЕП – вплавленням домішок. Розподіл концентрації донорів у базі таких транзисторів подібний до розподілу домішок у базі дрейфового транзистора. Різновидом таких транзисторів є меза - транзистор зі столоподібною структурою (рисунок 10.13).

Рисунок 10.13 – Структура меза - транзистора

Поширеним сучасним способом виготовлення високочастотних транзисторів є так звана планарна технологія, яка розглядатиметься докладно у курсі мікроелектроніки.