1.1.9. Особенности дрейфовых транзисторов

Анализ, выполненный нами, относился к сплавным транзисторам, особенностью которых является отсутствие собственного поля базы, вследствие чего инжектированные носители движутся в основном за счет диффузии. Одним из путей облегчения переноса носителей через базу транзистора является легирование базы таким образом, чтобы возникало внутреннее электрическое поле, выталкивающее носители к коллектору. Приборы, основанные на использовании такого эффекта, называются дрейфовыми транзисторами, поскольку превалирующим механизмом движения носителей является дрейф в электрическом поле базы.

В дрейфовых транзисторах концентрация доноров между эмиттером и коллектором спадает по экспоненциальному закону:

N_D(x) = N_D(0)exp(-x/L_D) (1.31)

где L_D — длина диффузии доноров (рис. 1.9). Возникающее в базе за счет градиента концентрации постоянное электрическое поле

E = - (1.32)

заставляет дырки двигаться к коллектору. Потенциал вдоль базы в этом случае меняется линейно:

V_eb(x) = V_eb(0) + x (1.33)

где V_eb(0) — потенциал на эмиттерной границе базы. Зонная диаграмма дрейфового транзистора приведена на рис. 1.10.

Рис. 1.9. Распределение примесей Рис. 1.10. Зонная диаграмма в базе дрейфового транзистора дрейфового транзистора в равновес-

-ном состоянии

Для того чтобы оценить параметры дрейфовых транзисторов, найдем распределение концентрации инжектированных дырок из решения уравнения диффузии с учетом дрейфа в электрическом поле

(1.34)

при следующих граничных условиях:

а) полный дырочный ток эмиттера равен сумме диффузионной и дрейфовой составляющих, т. е. на эмиттере (при х=0)

(1.35)

где S_e — площадь эмиттерного перехода;

б) концентрация дырок на коллекторе (при х=W) равна нулю:

p(W) =0 (1.36)

где =W/2L_D —коэффициент неоднородности базы.

Если пренебречь рекомбинацией в базе, то распределение концентрации дырок в базе можно представить следующим образом:

P(x)  (1.37)

Первый множитель в (1.37) — концентрация дырок для бездрейфового транзистора с тонкой базой при x=0. Влияние дрейфа сильно в области базы, прилегающей к эмиттеру, за счет чего граничный ток на эмиттере имеет чисто дрейфовую природу. Это приводит к резкому различию граничных концентраций дырок у эмиттера в случае дрейфовых и бездрейфовых транзисторов.

У коллектора концентрация дырок р(W)=0, и роль .диффузии возрастает. Коэффициент переноса носителей через базу для дрейфовых. транзисторов имеет вид:

β = . (1.38)

Полагая γ=1, для коэффициента усиления в схеме с ОЭ получаем;

B₀  . (1.39)

Сравнивая эти выражения с соответствующими формулами для бездрейфовых транзисторов, приходим к выводу, что у дрейфовых транзисторов коэффициент переноса β ближе к единице, чем, у бездрейфовых, а коэффициент усиления при прочих равных условиях в несколько раз больше.