4.2.3. Зависимость параметров биполярного транзистора от температуры

Рассмотрим зависимость параметров биполярных транзисторов от температуры (рис.4.6). При этом считаем, что I_э=const,U_кэ=const.

Коэффициент передачи тока() определяется выражением (4.7), а коэффициент инжекции () — выражением (4.8). При этом средняя диффузионная длина (L) равна:

L=(D), (4.11)

где: D—коэффициент диффузии носителей заряда, а—время жизни носителей заряда.

В соответствии с выше приведенными выражениями можно отметить, что значение коэффициента передачи тока зависит от температуры через величины,Dи_б(_эможно считать величиной постоянной, поскольку_э<<_б, т.е. область эмиттера является полуметаллом). Наиболее сильное влияние оказывает время жизни носителей заряда, которое существенно возрастает с ростом температуры. Соответственнотакже растет с ростом Т.

Сопротивление эмиттерного переходаr_эсогласно соотношения (3.9) зависит от температуры через температурный потенциал_т=kT/q, гдеk—постоянная Больцмана (1,37*10^-23Дж/⁰С). Можно отметить, что сопротивление эмиттерного перехода изменяется в соответствии с величиной 0,33%/⁰С.

Сопротивление коллекторного переходаr_ксогласно (4.10) зависит от температуры в основном через диффузионную длинуL(т.е. через время жизни носителей заряда) и должно увеличиваться при нагреве транзистора. Подобное увеличение наблюдается в области отрицательных температур, но в области комнатной температуры (иногда раньше) оно сменяется спадом и криваяr_к=f(T) имеет максимум. Снижение величиныr_кс ростом температуры объясняется возрастанием роли токов утечки.

Объемное сопротивление базыr_бизменяется с изменением температуры поскольку меняется удельное сопротивление полупроводникового материала в области базы. Зависимость=f(T) носит нелинейный характер и сильно зависит от концентрации примеси в базовом слое. В случае низкоомной базы (_б<<_i), что характерно для кремниевых транзисторов, в рабочем диапазоне температур, сопротивление базы возрастает с ростом температуры. Для германиевых транзисторов_б_i. В этом случае сопротивление базы часто имеет максимум при Т=(20 – 70)⁰С. Затем с ростом температуры сопротивление базы снижается, поскольку примесный полупроводник становится собственным.

Падение потенциала на р–п–переходе база–эмиттерU_бэснижается с ростом температуры приблизительно со скоростью 2,2 мВ/⁰С.

Рис.4.6.

Обратный ток коллекторного р–п–переходаI_окдля германиевых транзисторов приблизительно возрастает в 2 раза при увеличении температуры на 10⁰С, а для кремниевых транзисторов ток увеличивается в 2,5 раза при увеличении температуры на 10⁰С. В данном случае правомерно соотношение для обратного тока, рассмотренное применительно к полупроводниковым диодам.

4.2.4. Зависимость параметров полевых транзисторов с управляющим р–п–переходом от температуры

Полевые транзисторы, как и другие полупроводниковые приборы подвержены влиянию температуры. Изменение температуры оказывает влияние на поведение тока затвора, тока стока и крутизны транзистора.

Ток затвораэкспоненциально зависит от температуры, что свойственно и полупроводниковым диодам при обратном смещении. При этом для германиевых приборов ток затвора возрастает в 2 раза, а для кремниевых приборов в 2,5 раза при увеличении температуры на 10⁰С.

Ток стокаполевого транзистора с управляющим р–п–переходом описывается выражением:

I_с=(1/R_ко)[U_с+(2/3)(U_з+U_с)^1,5/U_зо^0,5], (4.12)

где: R_ко—сопротивление канала транзистора;U_с—напряжение стока транзистора;U_з—напряжение затвора транзистора;U_зо—напряжение отсечки транзистора.

Сопротивление канала и крутизна на участке насыщения транзистора описываются выражениями:

R_ко=(L)/(Z), (4.13)

S_{уч. нас}.=(1/R_ко)[1–(U_з/U_зо)^0,5], (4.14)

где: —удельное сопротивление полупроводникового материала канала;L—длина канала;—толщина канала;Z—ширина канала.

Поскольку удельное сопротивление полупроводникового материала канала транзистора обратно пропорционально зависит от подвижности носителей заряда в канале, а подвижность при этом также зависит от температуры:

=₀(T₀/T)^C, (4.15)

где степень с имеет следующие значения для полупроводниковых приборов, изготовленных по различным технологиям:

C_Si(кремниевые транзисторы)C_n= 2,6;C_p= 2,3;

C_Ge(германиевые транзисторы)C_n= 1,66;C_p= 2,33;

C_GaAs (арсенид-галиевые транзисторы)C_n= 1,0;C_p= 2,1.

Учитывая это, можно отметить, что сопротивление канала транзистора пропорционально температуре в степени с R_к0T^C. Таким образом, с ростом температуры сопротивление канала полевого транзистора возрастает, а ток стока и крутизна транзистора уменьшаются. Однако известно, что ширина р–п–перехода затвор–канал полевого транзистора описывается выражением:

, (4.16)

где: —равновесная ширина р–п–перехода;₀—равновесная высота потенциального барьера, величина которого уменьшается с ростом температуры; N_д—концентрация примеси доноров в канале. Из этого выражения можно заключить, ширина р–п–перехода с ростом температуры уменьшается. Это приводит к увеличению толщины канала полевого транзистора с управляющим р-п-переходом. Подобное явление противодействует зависимости=f(T). Исходя из выше сᐺазаного можно заключить, что можно определить величину напряжения на затворе транзистора, при котором будет выполняться соотношениеdI_с/dT=0:

U_з0–U_з=2I_с/S0,65В. (4.17)

В подтверждение этого для полевого транзистора с упрявляющим р-п-переходом на рис.4.7. представлены зависимости тока стока от температуры (рис.4.7,а –транзистор имеет п-канал; рис.4.7,б–транзистор имеет р-канал).

а) б)

Рис.4.7