dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 03.bipolary / 7
.doc
7. Особенности дрейфовых планарных транзисторов
7
.1.
Примесный профиль и встроенные
электрические поля
— эффективные
концентрации примеси: 
.
В
базе в 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
EvF
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 wB, 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
EvF
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
.
При
хорошим приближением является функция
.
Эта функция может быть использована в чатотной и переходной характеристиках (1б) и (2б).
7
.7.
Инверсные параметры
Инверсный коэффициент передачи тока определяется из соотношения
:
.
. Токи
и
найдены в разделе 8.4.
.
Ток
складывается из токов через активную
(I)
и пассивную
(II)
области
коллекторного перехода: 
.
; 
.
, где
— число
Гуммеля в пассивной базе. 
/
Ток
определяется свойствами коллектора:
,
где
— число
Гуммеля в коллекторе.
.
Скрытый
п+-
слой в коллекторе значительно снижает
.
Основные результаты
1. Неоднородное распределение примеси в базе приводит к сщуствованию встроенного электрического поля. Интенсивность поля характеризуется фактором поля.
2. Если на границе с эмиттереным переходом концентрация примеси выше, чем на границе с коллекторным, встроенное поля ускоряет неосновные носители, инжектированные в базу из эмиттера.
3. В вырожденном эмиттере встроенное поле для неосновных носителей незначительно.
4. При наличии встроенного поля времена пролета неосновных носителей через базу в прямом и инверсном направлениях определяются соотношениями (7а) и (7б).
5. Тепловые токи при наличии встроенного поля определяются такими же соотношениями, как и в бездрейфовом приближении при использовании обобщенных чисел Гуммеля.
6. Частотная характеристика коэффициента передачи эмиттерного тока, как и в бездрейфовом приближении, описывается соотношением (8б)
,
однако
параметр
возрастает с ростом фактора поля.
7. При расчете инверсных параметров транзистора необходимо учитывать инжекцию носителей заряда через пассивные области коллекторного перехода.