7. Особенности дрейфовых планарных транзисторов

7.1. Примесный профиль и встроенные электрические поля

—эффективные концентрации примеси: .

В базев состоянии равновесия:.

Отсюда: ; . (7.1.1)

Падение напряжения на базе от встроенного поля:

; .

— фактор поля в базе. (7.1.2)

Обычно :—ускоряющее(электроны)поле.

Ускоряющее поле оказывает следующие действия:

1) уменьшает время пролета через базу и увеличивает ;

2) изменяет вид функции .

В эмиттере — квазиполя для электронов и дырок.

Для электронов (основных носителей): ;

(электронный газ вырожден).

Для дырок (неосновных носителей): ; ;

.

(см. рис.). Поэтому .

В коллекторе поле тормозит продвижение дырок к подложке — тормозящее поле.

7 Ec Ev f Ev.2. Распределение избыточных носителей заряда в базе

В нормальном режиме при НУИ стационарное уравнение непрерывности потока электронов в базе имеет вид:

, (7.2.1)

где , (7.2.2)

(знак «-», т.к. положительное направление тока — против оси х).

Допущения:

а) (НУИ); (7.2.3)

б) (нет рекомбинации).

Из (7.2.2): ; подставляя (7.2.3) в (7.2.2), получим:

.

Интегрируя от х до w_B, получим:

. (7.2.4)

При : . Из (7.2.4):

;

. (7.2.5)

Тестовый пример: ,.

При этом: ;;.

Из (6): .

При :

, .

При : в большей части базы

;

, .

С ростом уменьшается.

7 Ec Ev f Ev.3. Время пролета неосновных носителей через базу

В нормальном режиме при НУИ и :

; ; ; . Отсюда: . (7.3.1а)

Аналогично: . (7.3.1б)

Для тестового примера: ,,.

, (7.3.2)

где . При :.

При :.

—сильное поле (); — слабое поле.

; при :.

Практически .

7.4. Тепловые токи эмиттерного перехода

В разделе 7.2 получено:

. (7.2.5)

Поскольку рекомбинация в базе мала, .

Для НУИ: (граничное условие Шокли).

.

Подставляя эти соотношения в (7.2.5) при , получим:

, (7.4.1) где — (7.4.2)

обобщение числа Гуммеля на случай произвольного примесного профиля в базе.

По аналогии:

, (7.4.3) где — (7.4.4)

эффективное число Гуммеля в эмиттере. Формула (7.4.3) справедлива, если рекомбинация в эмиттере мала (обычно это так). В (7.4.4) приближение основано на том, что , а коэффициент диффузии в вырожденном полупроводнике практически не зависит от концентрации примеси, т.е..

7.5. Коэффициент передачи эмиттерного тока

.

а) Коэффициент переноса: . (7.5.1)

Здесь — усредненное по координате время жизни в базе.

б) Эффективность эмиттера:

. Из (74.1) и (74.3):

(7.5.2) (как и в бездрейфовом приближении).

7.6. Частотная и переходная характеристика коэффициента передачи эмиттерного тока

В разделе 4.1 было показано, что в бездрейфовом приближении на частотах частотная характеристика коэффициента передачи эмиттерного тока приближенно описывается соотношением

,(4.1.5а)

а более точная аппроксимация имеет вид:

, (4.1.5б)

где ,. Частотной характеристике(4.1.5б) соответствуют переходная характеристика, полученная в разделе 4.2

(4.2.1б)

Соотношения (4.1.5б) и (4.2.1б) подразумевают диффузионный механизм переноса неосновных носителей через базу от эмиттера к коллектору. В частности, из (4.2.1б) следует, что «наиболее быстрые» носители достигают коллекторного перехода через время «диффузионной задержки» , а фронт движения остальных размыт на время.

В дрейфовых транзисторах имеют место как диффузионный, так и дрейфовый механизм переноса. При чистом дрейфе () все электроны, инжектированные из эмиттера в базу, должны двигаться с одинаковой скоростью. При этом переходная характеристика должна иметь вид

что соответствует значению .

Таким образом, можно ожидать, что параметр есть монотонно возрастающая функция фактора поля. Прихорошим приближением является функция

.

Эта функция может быть использована в чатотной и переходной характеристиках (1б) и (2б).