току для схемы включения с общей базой и для схемы включения с общим эмиттером одинаковы.

Относительная полоса пропускания коэффициента усиления по току В(ω) меньше, чем коэффициента α(ω).

В качестве параметра, оценивающего предельные частотные свойства транзистора часто используют частоту fT , на которой коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером равен единице: В(fT) = I. Для

особенно для транзисторов более сложной структуры (например, для дрейфовых транзисторов), формула

где ηЭК – полное время прохождения возбуждения тока через транзисторную структуру. Время пролета через базу ηп составляет часть полной задержки.

3.5.Дрейфовые, транзисторы

Современные высокочастотные СВЧ и мощные транзисторы изготовляются па основе развитой диффузионной технологии. При введении донорных и акцепторных примесей в полупроводниковые кристаллы методами диффузии появляется возможность точно контролировать концентрацию примесей и их распределение по объему кристаллов. Кроме того, стало возможным создавать тонкие слои с заданным типом проводимости, в которых концентрация примесей распределена неравномерно.

Неравномерная концентрация примесей приводит к появлению внутреннего, независимого от внешних напряжений, поля, которое влияет на движение носителей тока в теле полупроводника. Так, если в п-базе p-n-р транзистора концентрация примесей спадает от эмиттерного края базы к коллекторному, то появляется поле, вызывающее дрейф дырок от эмиттера к коллектору. Механизм установления поля следующий. Положительные ионы примесей и покинувшие примесные атомы электроны имеют одинаковые концентрации. Электроны стремятся диффундировать к коллектору, эмиттерный край базы заряжается положительно, что вызывает уравновешивающий встречный дрейф электронов. Неосновные носители, в данном случае дырки, попадают в ускоряющее поле. Таким образом, дырки движутся через область базы вследствие диффузии и дрейфа.

Транзисторы с неравномерно легированной базой называют дрейфовыми.

Дрейф ускоряет прохождение носителей тока через транзистор и улучшает высокочастотные свойства прибора.

Кроме ускорения прохождения носителями тока области базы для повышения предельных частот транзистора необходимо уменьшить сопротивление базы и барьерную емкость коллекторного перехода СКБ . Это удается сделать в р-п-i-р и п-р-i-n структурах, в которых между базой и коллектором имеется слой практически с собственной (следовательно малой) проводимостью (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Структура р+-п-i-р+ и распределение примесей в ней

При такой структуре наличие высокоомного i-слоя, который при нормальном включении транзистора целиком включается в область коллекторного перехода, приводит к уменьшению барьерной емкости коллекторного перехода и к уменьшению напряжения пробоя со стороны коллектора (см. распределение заряда и емкость р-i-п структуры на рис. 2.6).

Концентрация примесей в бездрейфовом транзисторе около 1015см–3, а в дрейфовом изменяется в пределах базы от1017см–3 до (1015–1014)см–3.

Высокая концентрация примесей вблизи эмиттерного перехода уменьшает сопротивление тела базы rББ΄. Постоянная времени rББ΄СКБ понижается в такой структуре.

Разность потенциалов между краями базовой области определяется перепадом концентрации примесей. Найдем напряженность поля в базе.

Диффузия основных носителей в базе уравновешивается встречным дрейфом. Для плотности тока электронов в п-базе можем написать

jn en n Ei eDn dndx 0 .

Следовательно, напряженность внутреннего поля базы

Напряженность поля пропорциональна градиенту концентрации примесей.

Находим стационарное ( Jp = const) решение для концентрации р при граничном условии р = 0 при х = в:

Таким образом, для дрейфового транзистора справедливы обычные экспоненциальные зависимости тока от напряжения на переходе.

Найдем предельные рабочие частоты дрейфовых транзисторов на основе оценки частоты fT, на которой коэффициент усиления по току в режиме короткого замыкания схемы c общим эмиттером равен единице.

Здесь Ei – внутреннее поле (3.77), а Е0 = 2 uТ /в. При Ei = Е0 η1= 4.

Время пролета через запорный слой коллектора, включающий i-слой,

где Vdmax = 107 см/сек – максимальная дрейфовая скорость неосновных носителей, которая достигается при поле в переходе больше 104 В/см. Такие

поля обычны в коллекторном запорном слое. Так при К = I мкм, ЕК = 10 В поле Е = 10/10–6 = 107 В/м = 105 В/см.

Время задержки в коллекторе ηK определяется постоянной времени заряда барьерных и монтажных емкостей коллектора СК через сопротивление тела коллектора rКК΄ ; ηK = СК rКК'. Эта составляющая при современной технологии может быть сделана пренебрежимо малой.

Основная составляющая задержки для транзистора с равномерным легированием базы есть время пролета ηn . Для дрейфового транзистора эта составляющая уменьшается из-за ускорения носителей внутренним полем [см.(3.77) и (3.88)]. При этом другие составляющие задержки (3.86) становятся сравнимыми с ηn. Конструкцию транзистора оптимизируют, минимизируя суммарное время задержки. В высокочастотном транзисторе нужно делать тонкую базу, тонкий i-слой и достаточно высокий уровень плотности тока. Последнее позволяет уменьшить емкости переходов и снизить постоянные времени ηЭ и ηК . Следует отметить, что уменьшение i-