40. Особенности структуры и параметров дрейфовых транзисторов.

В дрейфовых транзисторах база легирована неоднородно – сильнее у эмиттера, слабее у коллектора. Такой характер легирования получается при формировании области базы путем диффузии примеси. Как известно, после диффузии профиль примеси описывается примерно экспоненциальным законом. Для n-p-n транзисторов для области базы можно записать: , где - некоторая постоянная для данного распределения. Очевидно, что в неоднородно легированной базе будет существовать встроенное электрическое поле, величина которого определяется из равенства диффузионного и дрейфового потоков в установившемся состоянии.

Рис.10.10 База дрейфового транзистора.

Известно, что , , и , . Отсюда, получаем . Учитывая закон распределения примеси, получаем . Выразим через конструктивные параметры транзисторной структуры. Из исходной формулы получим . Величина (эта) – коэффициент неоднородности базы или коэффициент поля. Вводя эту величину: , тогда Направление E таково, что поле ускоряет движение неравновесных электронов, инжектированных эмиттером. В результате электроны переносятся в базе дрейфового транзистора гораздо быстрее, чем в базе бездрейфового. Для нахождения распределения электронов в базе дрейфового транзистора необходимо решать не уравнение диффузии, а почти полное уравнение непрерывности, которое учитывает как дрейф, так и диффузию носителей. Полное решение такого уравнения дает сложную аналитическую функцию, которую трудно анализировать. Наглядную картину даёт численный анализ на ЭВМ. И в том и другом варианте получаем:

Рис.10.11 Распределение неравновесных электронов в базе дрейфового транзистора

Так как в этом случае электроны переносятся как за счёт диффузии, так и за счёт дрейфа, то полный ток не определяется только градиентом концентрации, ток больше. Поэтому градиент концентрации в базе дрейфового транзистора меньше, чем в бездрейфовом, и тем меньше, чем больше поле. Из приведенного распределения следует, что электроны вблизи эмиттера в основном переносятся полем. Около коллекторного перехода градиент концентрации большой и ток в основном диффузионный. Но при этом необходимо отметить, что электрическое поле в базе как бы отсасывает электроны от эмиттера, поэтому при прочих равных условиях ( ), электронная составляющая эмиттерного тока дрейфового транзистора имеет большую величину, чем в бездрейфовом транзисторе. Следовательно, коэффициент инжекции в дрейфовом транзисторе может быть больше, чем в бездрейфовом при прочих равных условиях. Для дрейфового транзистора без вывода приведем выражение: . Но в дрейфовом транзисторе эти прочие равные условия не получаются. Связано это с тем, что для создания электрического поля в базе необходимо создать перепад акцепторной примеси: . Но при этом и - не могут быть произвольными. Для получения односторонней инжекции эмиттерного перехода необходимо . Максимальное значение определяется предельной растворимостью донорной примеси. Для фосфора P: см^-3. Поэтому см^-3. - не может быть меньше, чем концентрация собственных носителей в полупроводнике или концентрации, определяемой степенью очистки полупроводника. Поэтому см^-3. Таким образом, в базе дрейфового транзистора . Обычно в дрейфовых транзисторах , то есть меньше, чем в бездрейфовых транзисторах. Коэффициент переноса без вывода: , то есть в дрейфовом транзисторе . В дрейфовых транзисторах эмиттерный переход оказывается высоколегированным, поэтому имеет малое напряжение пробоя - 3÷5 В.