Глава 3. Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор (БТ или просто, транзистор) представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей (трехслойная полупроводниковая структура) с чередующимся типом проводимости слоев.
3.1. Структура биполярного транзистора
В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-p и n-p-n (рис. 3.1, а, б). Их условные обозначения, используемые на принципиальных схемах, показаны на рис. 3.1, в, г.
Рис. 3.1. Полупроводниковая структура транзисторов типов p-n-p (а) и n-p-n (б), их УГО (в, г), сплавная транзисторная структура типа p-n-p (д), пример конструктивного исполнения маломощного транзистора в металлическом корпусе (е)
В качестве исходного материала для получения трехслойной структуры используют германий или кремний. Трехслойная транзисторная структура создается по сплавной или диффузионной технологии [1], [3]-[5].
Структура типа p-n-p, выполненная по сплавной технологии, показана на рис. 3.1, д. Пластина полупроводника n-типа является подложкой - основанием, базой (отсюда и название слоя) конструкции. Два наружных p-слоя создаются в результате диффузии в них акцепторной примеси при сплавлении с соответствующим материалом. Один из p-слоев называется эмиттерным (или просто, эмиттер), а другой – коллекторным (коллектор). Эмиттерным называется p-n-переход П1, находящийся между эмиттером и базой. Коллекторным называется p-n-переход П2 между базой и коллектором. Аналогично, внешние металлизированные выводы от этих слоев называются: эмиттер Э, база Б, коллектор К.
При проектировании и создании транзистора исходный базовый слой (толщиной ) делается менее легированным, чем эмиттерный и коллекторный слои. Это приводит к следующим важным последствиям:
1) концентрация основных носителей заряда в n-базе намного меньше концентрации основных носителей заряда в p-эмиттере, т.е. ppэ nnб, а из закона действующих масс (1.7) следует, что концентрация неосновных носителей также различается: npэ << pnб;
2) из-за различия концентраций носителей сопротивление базового слоя намного больше, чем сопротивление областей эмиттера и коллектора;
3) области объемного заряда П1 и П2, сосредоточены, главным образом, в базовом слое, что может быть объяснено с учетом соотношения (2.1) из-за различия в степени легирования слоев.
Функция эмиттерного перехода – инжектирование носителей заряда из эмиттера в базу. Функция коллекторного перехода – сбор в коллекторе носителей заряда, прошедших из эмиттера через базовый слой. Именно поэтому, для того, чтобы носители заряда, инжектируемые эмиттером и проходящие через базу, в полной мере собирались коллектором, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода (рис. 3.1, д).
Пример конструктивного исполнения маломощного транзистора показан на рис. 3.1, е. Данная конструкция включает донце корпуса 1, колбу 2, вывод эмиттера 3, таблетки индия 4, 7, кристаллодержатель 5, пластину германия n-типа 6, вывод коллектора 8, стеклянный изолятор 9.
В транзисторах типов p-n-p и n-p-n функции всех трех слоев и их названия аналогичны, изменяется лишь тип носителей заряда, проходящих через базу в идентичных режимах.