2.12.7 Зависимость коэффициента передачи от топологии

Полный ток эмиттера транзистора определяется по формуле:

Ie=Io×Se1+ Io×Se2, (2.73)

где Se1, Se2 — соответственно площади донной и боковой поверхности эмиттера, определяемые по формулам

Se1 = (Le–2×Xeb)×(Be–2×Xeb), (2.74)

Se2 = π×Xeb×(Le+Be – 2×Xeb). (2.75)

Размеры и форма эмиттера выбираются таким образом, чтобы обеспечить постоянство плотности Io тока по донной площади эмиттера. Для структуры БПТ с эпитаксиальным слоем базы плотность тока и коэффициент инжекции γ полагается постоянным и по боковой поверхности эмиттера. В этом исполнении допустимо полагать, что потери носителей по инжекции не зависят от формы и размеров эмиттера и определяются изменениями коэффициента переноса носителей в базе. Для носителей, инжектированных через донную поверхность эмиттера, область рекомбинации минимальна. Носители, инжектированные через боковую поверхность эмиттера, попадают в расширенную область базы (см. рис. 2.26), причем ширина этой области зависит от профиля боковой поверхности и эмиттера, и базы. Потери переноса в базе будут состоять из потерь по основанию и потерь по боковой поверхности. Суммарный ток потерь на рекомбинацию носителей в базе Ir оценивается по выражению

Ir = Ir p + Ir s, (2.76)

где

Ir p =Io× Se1× (Wbn)² / [2 × Lnb²] — (2.77)

ток рекомбинации под донной областью эмиттера и

Ir s = Io×Se2× (Wbns)² / [2 × Lnb²] — (2.78)

ток рекомбинации со стороны боковой поверхности эмиттера. Усредненная ширина базовой области Wbns может быть оценена по выражению вида

Wbns ≈ (0.5×Xeb+Wbn)×√2. (2.79)

Для структуры БПТ с диффузионным слоем базы плотность тока Io по донной поверхности эмиттера выше, чем по боковой, по причине меньшей концентрации примесей в глубине слоя и, как следствие, более низкого контактного барьера. В этом исполнении доля вносимых потерь переноса носителей по боковой поверхности сокращается в сравнении с оцениваемой по соотношению (2.76). Для оценки влияния топологии на коэффициент передачи здесь в формулах (2.73) — (2.76) следует площадь Se2 заменить на эффективное значение, определяемое по формуле

Se2 = 0.5×π×Xeb×(Le+Be – 3.8×Xeb), (2.80)

а Wbns определять по формуле

Wbns ≈ (0.3×Xeb+Wbn)×√2. (2.81)

Коэффициент передачи тока эмиттера α с учетом соотношений (2.73) — (2.81), (2.39) определяется по выражению

α ≈ (1– ∆γ– Ir/Ie)

и по формуле (2.42) — коэффициент передачи тока базы В.

Представленные соотношения характеризуют одноэмиттерную топологию, однако распространяются и на многоэмиттерные конфигурации. Результаты анализа влияния топологии на коэффициент передачи тока в БПТ иллюстрируют в целом очевидное снижение коэффициента передачи. Для ослабления негативного влияния топологии необходимо уменьшать удельный вес площади боковой поверхности в общей площади эмиттера. Основными способами достижения этого результата являются уменьшение толщины слоя эмиттера и уменьшение периметра при неизменной площади донной части. Снижению влияния топологии способствует повышение степени легирования поверхностных слоев базы, однако этот вариант ослабления влияния связан со снижением рабочих напряжений, увеличением барьерных емкостей пассивных областей эмиттерно-базового и коллекторно-базового переходов и не может быть рекомендован.