11.11. Дрейфовый транзистор

Существенным недостатком диффузионных транзисторов явля­ется их инерционность, обусловленная сравнительно медленным протеканием диффузионных процессов.

Добиться уменьшения инерционности, увеличения высокочастотных пределов удалось в так называемых дрейфовых транзисторах, которые принципиально отли­чаются от диффузионных тем, что движение носителей в базе прибо­ра происходит в электрическом поле, возникающем внутри области базы благодаря особой технологии изготовления прибора.

Основой технологии является введение легирующего вещества в германий с высоким удельным сопротивлением ρ путем диффузии. Концентра­ция примеси после окончания диффузии спадает с ростом х при­близительно по экспоненциальному закону (рис. 11.22):

Рис. 11.22. Технология изготовления дрейфового транзистора

.

Параметр зависит от времени: .

Если вплавить со стороны эмиттерный переход, а со сторо­ны – коллекторный, получим структуру типа p-n-i-p (i – от англ. intrinsic, т. е. собственный полупроводник).

Сопротив­ление базы для такого триода выше, чем в случае резкого перехода от сильнолегированной к слаболегированной области, что в общем яв­ляется недостатком.

Однако более существенным является другое. Закон изменения концентрации основных носителей в сочетании с законом действую­щих масс обусловливает экспоненциальное возрас­тание вдоль X концентрации неосновных носителей – дырок. Это сопровождается появлением в базе электрического поля, препятствующего уходу электронов вправо и соот­ветственно дырок влево.

Определим величину этого поля. Плот­ность электронного тока в базе

,

откуда

.

Если подвижность электронов постоянна, то удельное сопро­тивление базы определяется просто:

.

Возьмем производную

или .

Тогда напряженность электрического поля в базе

.

Наличие в базе этого поля будет, естественно, уменьшать время пролета носителей через базу. Обозначим время пролета через , ско­рость движения носителей в базе – через , тогда

.

Преобразуем это соотношение:

.

Так как , то

или

. (11.13)

На границе с коллектором

или .

Подставив выражение для в (11.13), получим

.

Но время пролета области базы в диффузионном транзисторе известно:

.

Тогда окончательно для соотношения получим:

.

Для дрейфовых транзисторов всегда и .

Сравнив структуры дрейфового и диффузионного транзисторов, можно отметить, что они сильно различаются.

Дрейфовый транзистор несимметричен, коллекторный слой много больше двух других слоев.

Дрейфовые транзисторы — практически необратимые приборы, пассивная область базы у них, по существу отсутствует.

Диффузионная технология позволяет получить очень тонкую фазу, что само по себе (даже без учета внутреннего поля) приводит к ряду важных следствий. Уменьшается время увеличивается коэффициент переноса . Соответственно увеличивается и предельные частоты и . Однако величина коэффициента передачи по току зависит не только от , но и от эффективности эмиттера в силу повышенной концентрации примесей у эмиттера .

В силу того что слой базы, примыкающий к коллектору, является почти собственным полупроводником, удельное сопротивление этого слоя велико, коллекторный переход оказывается довольно широким, а емкость коллектора значительно меньшей, чем у диффузионных транзисторов.

Рост ширины коллекторного перехода приводит к увеличению рассеиваемой мощности, что является недостатком. Другим нежелательным эффектом является то, что ширина коллекторного перехода зависит от напряжения на коллекторе (особенно это проявляется при работе транзисторов в импульсных схемах). Появляется диффузионная емкость коллектора и увеличивается параметр обратной передачи .

Нельзя не учитывать того, что в сильных полях подвижность носителей уменьшается почти вдвое. Пренебрежение этим приводит к завышению значений предельных частот.

В дрейфовых транзисторах предельная частота усиления по мощности .