5.4. Гетеропереходный биполярный транзисторы

(ГБТ, НВТ – Heterojunction Bipolar Transistor)

ГБТ на основе GaAs

В обычном транзисторе

;

;

; .

Для обеспечения высокой эффективности эмиттера (т.е. высокого коэффициента усиления тока базы В) необходимо выполнение условия

.

В результате: 1) значительное сопротивление базы , снижение предельной частоты , эффект оттеснения (снижение усиления с ростом тока); 2) прокол базы при малых напряжениях ; 3) модуляция толщины базы напряжением (эффект Эрли) и снижение выходного сопротивления.

В гетеропереходном транзисторе

; ;

; ,

где эВ, 10⁵ !

При этом базу можно легировать значительно сильнее эмиттера. Сопротивление базы снижается на 1…2 порядка.

Предельная частота и области применения ~ те же, что у ГПТ.

Дополнительное преимущество — очень высокая крутизна ( ).

B E C

ГБТ на основе структуры Ge-Si

B E B C

SiO₂

n-Si

SiO₂

SiO₂

p

p⁺-Ge_xSi_1-x

p⁺

p⁺

n

n⁺

SiO₂

SiO₂

SiO₂

n⁺

S

p⁺

Здесь база — узкозонный материал Ge_xSi_1-x.

5.5. Лавинно-пролетный диод (лпд)

ЛПД относятся к классу негатронов — приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС). Наиболее эффективными в СВЧ оказываются негатроны, имеющие ОДС только в узком диапазоне частот. ЛПД изобретен в России — 1959 г., А.С.Таггер и др.

Принцип действия: носители лавинно размножаются на участке сильного поля, а затем (почти с постоянной скоростью) пролетают участок дрейфа. Запаздывание на участке дрейфа приводит к фазовому сдвигу между током и напряжением. На некоторой частоте сдвиг составляет , что соответствует положительной обратной связи.

Одна из простейших структур — диод Рида (на Si).

Допущения:

;

[см^-1] —

коэффициент ударной ионизации;

;

10⁷ см/с —

предельная скорость дрейфа.

Далее определим полный импеданс ЛПД.

1). Область лавинного умножения.

У

Токи текут против оси х. Не учтена генерация-рекомбинация.

Умножим эти уравнения на е и сложим. Учитывая, что

равнения непрерывности с учетом размножения:

;

.

, , , получим:

. Интегрируем по х от 0 до х_А :

, где .

С левой стороны области лавинного умножения (х =0) количество электронов еще не увеличилось за счет лавинного размножения, поэтому их ток равен обратному тепловому току:

; ; .

С правой стороны области лавинного умножения (х = х_А) количество дырок еще не увеличилось за счет лавинного размножения, поэтому их ток равен обратному тепловому току:

; ; .

Таким образом:

; (5.5.1)

Последним слагаемым можно пренебречь.

Представим ток, напряжение и поле в виде суммы постоянной и малой переменной составляющих:

, , .

Тогда , ,

где . Подставляя это в (5.5.1), при получим: , где .

Собственная емкость области лавинного умножения: .

Т.о. эквивалентная схема области лавинного умножения — параллельный LC-контур:

Резонансная частота и импеданс контура:

; (5.5.2)

. (5.5.3)

Обозначим: . (5.5.4)

При : . Это означает, что токи и противофазны!