Биполярный транзистор
1. Структура биполярного транзистора (бт)
Рис.
1.2. Примесный профиль
п-р-п БТ
С
плошные
линии — активная область;
штриховые —
пассивная.
Пунктир (NE*) — эффективная концентрация примеси в эмиттере:
.
Примечание:
Значения результирующей концентрации
примеси и толщины слоев указаны
ориентировочно.
2. Распределение токов и транзисторный эффект
Транзисторный эффект состоит в переносе электронов, инжектированных через эмиттерный (коллекторный) переход, через активную базу и собирании их коллектором (эмиттером). С транзисторным эффектом связаны токи Ie1(Vbe,Vbc) и Ic1(Vbc,Vbe). Каждый из этих токов зависит главным образом от напряжения на переходе, через который происходит инжекция (Vbе — для тока Ie1 и Vbс — для тока Ic1). Однако влияние напряжений на противоположных переходах также существенно.
Составляющие тока базы IB:
Iep (Vbe), Icp (Vbc) — дырочные токи через эмиттерный (коллекторный) переходы (инжекция дырок из р-базы в n-эмиттер (коллектор);
Ierg (Vbe), Icrg (Vbc) — токи рекомбинации-генерации электронно-дырочных пар в эмиттерном (коллекторном) переходах;
Ic2 (Vbc) — ток инжекции электронов из коллектора в пассивную базу. Эти электроны не переносятся в эмиттер (транзисторного эффекта нет), и ток течет по цепи база-коллектор.
Эти токи зависят только от одного напряжения (на соответствующем переходе) и имеют диодную ВАХ. Ктранзисторному эффектуотношения не имеют.
Ie1 /BF, Ic1 /BR — токи электронов, инжектированных в базу из эмиттера (коллектора), и рекомбинирующих с дырками, которые поступают в базу из контакта.
1/ BF = TF / F , (2.1а)
и 1/ BR = TR / R — (2.1б)
вероятности рекомбинации, т.е. отношения времен пролета через активнуюбазу в прямом и обратном направлениях (TF и TR) к временам жизни в базе для электронов, инжектированных из эмиттера и коллектора (F иR).
Токи Ie1(Vbe,Vbc) и Ic1(Vbc,Vbe), составляют транзисторный эффект. Этот эффект отсутствует, еслиTF(R) / F(R) = . При этом BF(R) = 0, иIc1(e1) = 0.
Времена пролета
Прямое
и обратное времена пролета неосновных
носителей заряда через активную базу
зависят от толщины базы
(которая сама зависит от напряжений
).
Практически этими зависимостями пренебрегают, полагая
.
При этом справедливы соотношения теории дрейфового транзистора [4]:
; 
.
При экспоненциальном распределении примеси в базе:
;
,
где 
— фактор поля в базе,
— значения
на границах с эмиттерным и коллекторным
переходами (см рис. 1.2),
—
время
пролета под действием диффузии
.
Наиболее точный метод расчета токов Ie1(Vbe,Vbc) и Ic1(Vbc,Vbe) предложен Гуммелем и Пуном (Gummel, Poon).
3. Метод Гуммеля-Пуна
Метод состоит в решении уравнения непрерывности потока электронов через активную базу при следующих допущениях: