книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

обеспечивает малое tn. Минимальная величи­ на /" предотвращает появление большого за­

ряда в базе за счет избыточных носителей. Ток /'"^5 (3-4-4) /" , практически ограничен­

ный только допустимым обратным током базы, ускоряет рассасывание заряда, поскольку дырки уходят на отрицательно смещенный эмиттер.

Обычной ключевой схемой, в которой при­ меняется плоскостной триод, является инвер­ тор. Инверторы на триодах с диффузионной базой типа меза- и эпитаксиальных, а также некоторые логические ячейки имеют следую­ щие минимальные значения для времени

В серийных высокочастотных транзисторах время переключения больше приведенных вы­ ше величин. Особенно велико £Вык в мощных переключателях. Прохождение токов в десят­ ки ампер приводит к накоплению значитель­ ного заряда, что ухудшает условия рассасы­ вания. Для таких приборов время переключе­

41

ния составляет несколько микросекунд, а для высокочастотных — 100 нсек.

Нужно отметить, что коэффициент переда­ чи по току в ключевом режиме может сильно отличаться от низкочастотного значения Во.

Во

ние по току Ваас

(34-4) ‘

ТИПЫ ТРАНЗИСТОРОВ

Приведенная нами на рис. 11 классифика­ ция обобщает основные физические и техноло­ гические свойства транзисторов. В основу де­ ления транзисторов положены механизмы переноса носителей — диффузионный и дрей­ фовый. Технологический Способ получения пе­ реходов в приборе, обозначенный на рис. И кружками с пунктирными вертикальными ли­ ниями, можно определить по горизонтальной перемычке с точкой.

Однако при описании принципа действия и конструкций ПТ воспользуемся другой класси­ фикацией: транзисторы, работающие на неос­ новных носителях, и транзисторы, работающие на основных носителях. Иногда граница раз­ дела будет проходить внутри одного типа триодов.

Транзисторы, работающие на неосновных носителях

С п л а в н о й т р и о д как мощный низко­ частотный прибор не имеет соперников. Он прост по конструкции, его параметры можно

42

легко рассчитать и воспроизвести. По принци­ пу действия — это диффузионный триод с рез­ ким переходом.

Впервые сплавной тип транзисторов поя- . вился в 1949 г. Получают такой триод (табл. 3) путем вплавления с двух сторон в кристалл германия или кремния сплава, со­ держащего акцепторную примесь, или акцеп­ торного материала (исходный кристалл л-ти- па) либо сплава, содержащего донорную при­ месь (исходный кристалл р-типа).

П р и м е ч а н и е , Примеси» дающие только глубин­ ные уровни, полностью не ионизированные при комнат­ ной температуре, не приводятся. Они не определяют ти­ па проводимости, а служат центрами рекомбинации для электронов и дырок. Знак «+ » означает, что примесь лает несколько рекомбинационных уровней.

43

В сплавных триодах эмиттер обычно в полтора — два раза меньше коллектора. Для схем с биполярным напряжением изготовляют симметричные транзисторы, у которых площа­

лекторного и эмиттерного сплавов вытравли­ ваются или фрезеруются (рис. 12). Ширина базы фрезерованных триодов после вплавления составляет 10—13 мкм.

Промежуток между эмиттером и базовым контактом сплавного триода может быть до 100 мкм. Площадь кругового эмиттера состав­ ляет десятые доли квадратных миллиметров. Однако потенциал вдоль эмиттерного контак­ та неодинаков. Эмиттерный ток р-п-р триода имеет электронную составляющую, направлен­ ную от эмиттера к базе. Если этот ток может вызвать заметное падение напряжения вдоль эмиттерного контакта (мощные триоды), пе­ риферия контакта будет находиться под более высоким напряжением, чем центральная часть.

44

Поэтому плотность тока будет убывать от пе­ риферии к центру.

Чтобы повысить эффективную проводи­ мость эмиттера, контакты базы и эмиттера мощных сплавных триодов разбивают на ряд тонких концентрических колец с чередованием эмиттера и базы. В этом случае базой слу­ жит центральный диск. Когда эмиттер и база связаны проводящей пленкой, получается схемное соединение, известное под названием усилитель Дарлингтона (рис. 13). В такой схеме исходным является кремниевый п-р-п триод. При / к= 2 а и t/K= l5 0 в коэффициент

а=1000.

Впоследнее время разработаны много­ кольцевые варианты этой схемы. Например, триод, эквивалентный трем триодам с общим коллектором и перемычками эмиттер — база. Все эти конструкции все же неудовлетвори­ тельны: у них высокая емкость входа, так как

все емкости эмиттеров последовательно замы­ кают входные клеммы, и склонность к неста­ бильности из-за опять-таки емкостной обрат­ ной связи. Изготовляют схемы с разделенными коллекторами, так что два из них связаны, а третий имеет свой электрод.

В некоторых германиевых сплавных трио­ дах базу в узком слое непосредственно у эмиттерного перехода делают неоднородной (технология диффузии). Градиент неосновных носителей в базе изменяется так, что под эмиттером в р-п-р триоде дырок накапливает­ ся мало и они не препятствуют инжекции но­ вых дырок. Поэтому увеличение /э не снижает

45

эффективности эмиттера в такой степени, как в обычном сплавном триоде.

Мощные сплавные триоды, предназначен­ ные для работы в низкочастотных ключевых

к

■а

к

Рис. 13. Конструкция (а) и схема (б) усилителя Дарлингтона:

б\—бг — центральный диск и концентрические кольцевые выводы базы (сплав золота с бором); эь э2 — концентри­ ческие кольцевые выводы эмиттера (сплав золота с сурьмой); / — основной кристалл кремния п-типа (база); 2 — диск коллектора (сплав золота с сурьмой).

схемах, могут переключать токи порядка десятка ампер. Сопротивление насыщения их со­ ставляет от 0,25 до 0,1 ом. Эти данные отно­ сятся к кремниевым триодам, так как все

46

триодами в качестве высокочастотного гілоскостного транзистора был разработан тянутый триод, или триод, выращенный из расплава. На затравке, медленно вытягиваемой из рас­ плава в вакууме, растет кристалл германия или кремния. Забрасывая в расплав сначала акцепторную примесь, затем донорную, меняя скорость вытягивания или производя обратное плавление, можно получать р-п-р и п-р-п структуры. Выпускается выращенный тетрод, имеющий р-п-р или п-р-п структуру, в которой напротив базового вывода находится еще один управляющий электрод. При выращивании пе­ реходов используются: разница в соотноше­ нии растворимости примесей в твердой и жид­ кой фазах; истощение расплава вблизи кри­ сталла при большой скорости выращивания; диффузия во время и после выращивания. Резкая граница между р- и «-слоями в таких триодах отсутствует.

Выращенные триоды имеют плавный пере­ ход и неоднородную базу. Однако получить таким методом достаточно тонкую базу труд­ но, да и технология изготовления кристалла мало производительна. В связи с этим выра­ щенных триодов весьма мало по сравнению с общим количеством выпускаемых промыш­ ленностью транзисторов.

Современная технология выращивания мо­ нокристаллов позволяет разрабатывать так называемый дендритный метод получения дио­

47

дов и триодов. Их можно выращивать в виде длинной монокристаллической нити или лен­ ты; после нанесения контактов такие приборы удобно подключать по заданной схеме.

Д р е й ф о в ы й т р а н з и с т о р . Неодно­ родная база получается при диффузии приме­ си в глубь кристалла. В германии скорость акцепторов примерно в 100 раз меньше ско­ рости доноров, в кремнии она во столько же раз больше. Ионизированные примеси в неод­ нородной базе распределяются так же, как дырки и электроны. Однако в отличие от ато­ мов примеси, закрепленных в узлах решетки, носители тока подвижны и стремятся равно­ мерно распределиться по объему кристалла. При выключенном внешнем напряжении дыр­ ки и электроны движутся до тех пор, пока образовавшееся электрическое поле не воспре­ пятствует поступлению носителей соответст­ вующего знака. В базе р-п-р триода устанав­

ионы примеси и основные носители, поэтому величина его в каждой точке кристалла опре­ деляется заданным градиентом примесей и температурой. Такое поле называется встроен­ ным. Для диффузионной базы р-типа его ве­ личина

48

При экспоненциальном распределении при­ месей 1

ветственно у эмиттерного и коллекторного пе­ реходов.

Инжектированные эмиттером электроны оттягиваются встроенным полем к коллектору. Расчетная частота fa триода с диффузионной базой составляет примерно ІО3 Мгц.

Перепад концентраций в базе влияет на величину коэффициента а —ßya*. Так как ве­ роятность рекомбинации при быстром дрейфе уменьшается, то эффективность переноса ß возрастает, а эффективность эмиттера у не' много уменьшается из-за низкого сопротив­ ления базы рб.

Технология получения транзисторов с диф­ фузионной базой может быть следующей:

1. Для получения коллекторного и эмит­ терного переходов в кристалле п- и р-типа с двух сторон осуществляется диффузия приме­ сей противоположного знака.

2. Коллекторный переход получают мето­ дом диффузии, а эмиттерный — вплавлением примесного сплава с одной стороны кристалла. Со стороны основного кристалла к коллектору вплавляется омический контакт.

1 В обычных условиях (постоянный источник при­ меси) примеси в базе распределяются согласно функции