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.