книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

и электронов в p-слой, поэтому ток проводи­ мости состоит из неосновных носителей, а ток диффузии — из основных, тепловой энергии которых достаточно для преодоления потен­ циального барьера перехода.

Токи проводимости и диффузии противопо­ ложны по направлению и, как следует из усло­ вия нейтральности, —IS— ID. Зависимость этих токов от напряжения на переходе различна. Небольшого смещения (десятых долей воль­ та) достаточно для того, чтобы образовавшее­ ся поле втянуло все электроны и дырки непо­ средственно у перехода. В дальнейшем при увеличении поля в переходе линейно возра­ стает скорость переброса носителей через пе­ реход. Но само количество носителей, прохо­ дящих через переход за секунду, возрасти не может, так как концентрация носителей и тепловая скорость — скорость диффузии Dp или Dn, с которой они поступают к переходу, для постоянной температуры постоянны (табл. 1). В германии ток проводимости достигает насыщения и остается неизменным вплоть до пробивного напряжения на переходе.

Ток проводимости

= ( !)

где q — заряд электрона.

Время «жизни» дырок хР (или электронов тп) определяется количеством носителей про­ тивоположного знака и рекомбинационных центров (нарушений в кристаллической решет­ ке— дислокаций и примесей),

11

Зависимость тока диффузии от напряже^ ния носит экспоненциальный характер:

gU

Id = h e kT.

Полный ток / через переход составит

Таблица 1

Основные параметры германия и кремния

(Т=300° К)

* На практике для германия (^=20—40 ом • см, а для крем­ ния <1000 ом • см.

При обратном смещении на переходе ток диффузии резко убывает. Таким образом, об­ ратный ток — это ток проводимости, т. е. ток насыщения, а прямой ток в основном опреде­ ляется током диффузии (инжекции).

12

Однако на практике обратный ток коллек­ тора /ко может быть намного больше расчет­ ного тока Is (1) за счет тока утечки по по­ верхности кристалла /у или тока генерации /G, обусловленного генерацией носителей в области перехода. В полученных на кремнии переходах /G играет существенную роль. Из-за генерации в переходе рост тока с напряжением до пробоя у кремниевых приборов более заме­ тен, чем у германиевых.

Утечка тока вызывается в основном несо­ вершенством поверхности: наличием инверси­ онных слоев (слоев с противоположным по отношению к объему кристалла типом прово­ димости), дислокаций и обычных загрязнений.

В триоде переходы расположены настоль­ ко близко, что поле одного перехода может притянуть носители от границы другого поля. Это тоже вносит изменение в обратный ток запертого — коллекторного перехода даже если Us— 0.

Принцип распределения токов во всех при­ нятых схемах включения ПТ одинаков и мо­ жет быть рассмотрен на примере схемы с общей базой (рис. 1). Эмиттерная и коллек­

ния объема базы между коллекторным пере­ ходом и базовым выводо'м. Поэтому все об­ ратное напряжение фактически падает на переходе. Падение напряжения на переходе и в объеме базы можно сравнивать тогда, ко-

13

гдз через триод протекает значительный ток, снижающий сопротивление перехода, или ког­ да сопротивление базы велико (сотни ом).

Обычно в базе электрическое поле, выз­ ванное внешним источником, отсутствует. Если переход резкий, то база однородна по сопротивлению и внутренние электрические поля в ней также отсутствуют. На этом про­ странстве базы, играющем главную роль в электрической связи входа и выхода, носите­ ли тока могут перемещаться только под дей­ ствием сил диффузии. Поэтому транзисторы с однородной базой носят название диффу­ зионных Ч

Дырки, поступившие через эмиттерный пе­ реход в базу, создают в ней положительный не­ равновесный заряд. При компенсации заряда электроны из базового вывода поступают в ба­ зу, где частично рекомбинируют с дырками. Ес­ ли время жизни дырок в базе тр не очень мало,

ния дырок), то большая часть дырок дости­ гает коллектора, увлекая за собой электроны. Так как дырки — неосновные носители в базе, то все они, проходя через переход в коллек­ торную область, вливаются в ток проводи­ мости— обратный ток коллектора / к. Элек­ троны же через объемное сопротивление базы уходят на базовый вывод. На этом участке

1 В литературе ПТ часто определяют не по физиче­ скому принципу действия, а по технологическому приз­ наку, называя диффузионными триоды, полученные диф­ фузионной технологией. Такие триоды по принципу дей­ ствия — дрейфовые,

14

течет ток проводимости коллекторной цепи. Количество электронов, поступивших в базу из внешней цени, всегда соответствует раз­ ности токов, образованных встречными «кол­ лекторными» электронами и электронами, компенсирующими заряд инжектированных дырок.

Рис. 2. Типичные выходные харак­

ном случае от нуля) при £/K=const; а — коэффициент передачи тока эмитте­

ра, коэффициент усиления по току.

Ток эмиттера распределяется между кол­ лекторным и базовым выводами; на базовый вывод уходит часть эмиттерного тока Д/э (1—а).

15

Следовательно, изменение тока в выходной цепи транзистора вызывается эмиттерным то­ ком (рис, 2). При и к= 0 и ІэфО ток коллек­ тора не равен нулю, так как подошедшие к переходу дырки втянутся полем перехода, соз-

Рис. 3. Схемы включения триода.

данным только контактной разностью потен­ циалов областей базы и коллектора.

Соотношение токов /э—/б + /к при любом включении триода неизменно. Однако ток вхо­ да, ток выхода и усиление, определяемое коэф­ фициентом передачи тока, в схемах с общей базой (см. рис. 1), общим эмиттером и общим коллектором (рис. 3) различны. В схеме с общим эмиттером на входе фактически вклю­ чены те же сопротивления, что и в схеме с

16

вается эффективностью эмиттера:

где р6 — удельное сопротивление базы.

Поток дырок, движущихся от эмиттера к коллектору, уменьшается за счет рекомбина­ ции дырок с электронами. Рекомбинация мо­ жет происходить в объеме базы или на по­ верхности полупроводника. Объемная реком­ бинация тем меньше, чем меньше ширина базы и чем больше диффузионная длина ды­ рок. Скорость поверхностной рекомбинации зависит от чистоты поверхности, а также от размеров и формы ПТ. У большинства трио­ дов площадь коллектора больше, чем у эмит­ тера. Это обеспечивает более полный захват дырок коллекторным переходом и уменьшает поверхностную рекомбинацию. Для многих плоскостных триодов ас~0,99—0,995.

Процесс движения и рекомбинации элек­ тронов в базе характеризуется эффектив­ ностью переноса

При расчете коэффициента а учитывается увеличение количества носителей в коллек­ торной области. Так как ток коллектора со­ стоит не только из дырок, но и из электронов, то отношение полного тока коллектора Д/к к его дырочной составляющей АІѴѴ— эффектив­ ность коллектора а* больше единицы. Оче­ видно, значение электронной составляющей

18

Alкп будет тем больше, чем выше концентра­ ция электронов в коллекторе. Эффективность коллектора определяется как

пературах значение второго члена уравнения бывает значительно меньше единицы1.

Таким образом, коэффициент передачи по току в схеме с общей базой можно предста­ вить в виде

a —yßa*.

Или, учитывая, что обычно а *=d,

a = vß.

Рассмотренные нами закономерности не объясняют зависимости коэффициента переда­ чи от плотности тока эмиттера. При неболь­ шой величине / э плотность дырок, эмиттируемых в базу, невелика. Постепенно она умень­ шается от эмиттера к коллектору, так что полем положительных зарядов можно прене­ бречь. При большой плотности тока эмиттера (несколько ампер на квадратный сантиметр) концентрация неравновесных носителей в базе настолько возрастает, что ее молено сравни­ вать с концентрацией равновесных носителей.

1 Количество носителей в коллекторной области мо­ жет возрастать под действием ударной ионизации в ус­ коряющем поле коллекторного перехода.

ß этом случае полем токов пренебречь нельзя. Такой режим работы транзистора называется высоким уровнем инжекции. Электрическое

поле повышает скорость носителей и умень­ шает вероятность

падают, т. е. поле, втягивающее носи­

тели, становится меньше. Появление большого количества носителей в базе снижает ее со­ противление и эффективность эмиттера у (3). Таким образом, рост /э может и способство­ вать и препятствовать усилению. Поэтому за­ висимость а = f (/») носит сложный характер. Соотношение коэффициентов В и а таково,

20