ТЭ / 3 БТ / 3

74

3. Усилительные свойства биполярного транзистора

В разделе 1.5 показано, что коэффициент передачи эмиттерного тока определяется соотношением

,

где — коэффициент переноса,

— эффективность эмиттера.

3.1. Коэффициент переноса

p-база; V_be > 0; V_ce = 0

n(0)

I_En

;

n(x)

Q_B

;

n₀

x

I_Cn

.

Р

0 w_B

ешение биполярного уравнения непрерывности в базе:

. Отсюда получим:

, (3.1.1)

где (3.1.2)

— среднее время пролета неосновных носителей через базу в нормальном направлении, — коэффициент диффузии неосновных носителей в базе, — время жизни носителей, инжектированных из эмиттера в базу.

Приближения справедливы для «хорошего» транзистора:

, или , т.е. .

Простой способ расчета :

(равенство точное, если нет рекомбинации, );

; .

Отсюда: . Уменьшение повышает .

3.2. Тепловые токи и эффективность эмиттера

В разделе 5.4 части 1 показано, что в идеальном диоде тепловые токи и эффективность эмиттера определяются соотношениями:

, ,

где и — эффективные числа Гуммеля в базе и эмиттере,

и — числа Гуммеля в базе и эмиттере.

Биполярные уравнения непрерывности в базе для идеального диода и идеального транзистора одинаковы, граничные условия — тоже. Поэтому соотношения для диода применимы и для транзистора.

В хорошем транзисторе , и . Таким образом:

; ;

Для повышения следует уменьшать отношение .

3.3. Роль коэффициента переноса и эффективности эмиттера

В хорошем транзисторе должно быть . Для этого необходимо: и .

; .

Значение равно меньшему из значений и .

В сплавных транзисторах (w_B  20 мкм, N_B  10¹⁵см^-3), , и

, ; .

В планарных транзисторах (w_B  0,2 мкм, N_B  10¹⁷см^-3) , и

, ; .

Величина зависит только от свойств базы, - от свойств эмиттера и базы.

3.4. Особенности вырожденного эмиттера

Тепловые токи определяются числами Гуммеля в базе и эмиттере.

Для тонкого n-эмиттера (линейное распределение):

,

где .

Эти соотношения получены с использованием закона действующих масс:

. (3.4.1)

В планарных п-р-п транзисторах эмиттер вырожден, и формула (3.4.1) неверна.

Формально можно записать: . (3.4.2)

В число Гуммеля должна входить эффективная концентрация примеси , которая является некоторой функцией настоящей концентрации .

Задача состоит в отыскании функции для полупроводника п-типа (эмиттер).

. Отсюда:

,

, и

.(3.4.3)

Допущение: примесная зона симметрична относительно .

1). При : (в примесной зоне 2N уровней и N электронов).

Из (3.4.3): , (3.4.4)

где — энергия активации доноров.

2). При : .

В общем случае: . (3.4.5)

Для Si при Т = 300 К: Фосфор (Р) — 0,043 эВ; 4,310¹⁸ см^-3;

Мышьяк (As) — 0,049 эВ; 3,410¹⁸ см^-3.

= 10²⁰…10²¹ см^-3. Учет вырождения обязателен.

Основные результаты

1). Коэффициент передачи эмиттерного тока равен произведению коэффициента переноса неосновных носителей через базу на эффективность эмиттера.

2). Коэффициент переноса определяется отношением времени пролета неосновных носителей через базу к времени их жизни в базе .

3). В сплавных транзисторах ; в планарных транзисторах .

4) При вычислении числа Гуммеля в вырожденном эмиттере следует использовать эффективную концентрацию примеси , значение которой намного меньше истинной.