6. Снижение эффективности несимметричного p-n перехода

Эффективность эмиттера биполярного транзистора и её зависимость от тока определяют как величину коэффициента усиления, так и максимальный ток коллектора, при котором сохраняются на удовлетворительном уровне усилительные свойства. В этой связи рассмотрим несимметричный p-n переход, обеспечивающий эффективность, близкую к единице (5.35), и использующийся в качестве эмиттера p-n-p транзистора.

На больших уровнях инжекции условия Шокли (5.26) заменяются более общими граничными условиями Флетчера-Агаханяна (рисунок 5.38).

(5.66)

;

.

Концентрация на границах p-n перехода:

p(0) = p_p0 + Δp = N_A + Δn(0);

n(δ) = n_n0 + Δn = N_D + Δp(δ).

Нетрудно видеть, что на малых уровнях инжекции (Δp < p_p0, Δn < n_n0) уравнения (5.66) переходят в условие Шокли (5.26).

Так как ( на три, четыре порядка), то при максимально допустимой плотности тока (барьер спрямлен) концентрация дырок в p-области

не изменится.

.

Концентрация электронов в плоскости изменяется значительно

(5.67)

Подставим значение во второе уравнение (5.66).

Выражение (5.68) описывает обратную инжекцию из слаболегированной базы в сильнолегированную.

. (5.69)

При малых U потенциальный закон аналогичен закону прямой инжекции

.

На больших уровнях инжекции , т.е. возрастает значительно сильнее, чем ток прямой инжекции (рисунок 5.39)

. (5.70)

В результате этого эффективность p-n перехода будет уменьшаться с ростом тока.

. (5.71)

Так как , то .

Подставив это значение в (5.69 - 5.71), получаем:

. (5.72)

С увеличением тока j эффективность p-n перехода падает, так как возрастает вклад электронной компоненты (обратной инжекции) в полный ток перехода (рисунок 5.40).

Рисунок 5.39 - Увеличение вклада тока Рисунок 5.40 - Уменьшение эффективности

обратной инжекции в полный ток на БУИ p-n перехода на БУИ

Физический смысл падения эффективности p-n перехода на БУИ заключается в том, что присутствуют два «сорта» основных носителей. Равновесные (примесные), которые инжектируются в p-область по закону и неравновесные , которые также инжектируются в p-область. Суммарный ток будет больше, чем инжекция равновесных носителей. Следовательно, он должен описываться более сильной потенциальной зависимостью.