Глава 4. Биполярные транзисторы.

1. Введение.

Транзистором называют полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более выводов. По принципу действия транзисторы разделяют на два основных класса: биполярные и полевые (униполярные).

В основе работы биполярных транзисторов лежит инжекция неосновных носителей. Поэтому неотъемлемой составной частью биполярных транзисторов являются -переходы. Термин «биполярный» призван подчеркнуть роль обоих типов носителей заряда (электронов и дырок) в работе этого класса транзисторов. В полевых (униполярных) транзисторах используется движение основных носителей заряда.

В данной главе рассматриваются физические процессы в биполярном транзисторе, а также его основные характеристики и параметры. Униполярные транзисторы изучаются в следующей главе.

Биполярный транзистор представляет собой двухпереходный прибор (рис.4.1). Переходы образуются на границах тех трех слоев, из которых состоит транзистор. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы и со взаимно противоположными рабочими полярностями.

Условные обозначения обоих типов транзисторов, рабочие полярности напряжений и направления токов показаны на рис. 4.2 (а – транзистор и б – транзистор ).

Переход, работающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий крайний слой – эмиттером. Такое название, как и у диодов, отражает факт инжекции неосновных носителей через переход. Средний слой называется базой. Второй переход, нормально смещенный в обратном направлении, называется коллекторным, а соответствующий крайний слой – коллектором. Это название отражает функцию «собирания» инжектированных носителей, прошедших через слой базы. Для того, чтобы такое «собирание» было возможным, база должна иметь достаточно малую ( , где – диффузионная длина неосновных носителей).

У современных транзисторов она обычно не превышает мкм, тогда как диффузионная длина лежит в пределах мкм.

Основные свойства транзистора определяются процессами в базе. Если база однородная, то движение носителей в ней чисто диффузионное. Если же база неоднородная, то в ней есть внутренне электрическое поле, и тогда движение носителей будет комбинированным: диффузия сочетается с дрейфом.

Транзисторы с однородной базой называют бездрейфовыми (или диффузионными), а с неоднородной – дрейфовыми.

Последние имеют в настоящее время наибольшее распространение в интегральных микросхемах.

Транзистор, показанный на рис 4.1а, характерен тем, что его крайние слои (эмиттер и коллектор) имеют проводимость -типа, а средний слой (база) – проводимость -типа. Транзисторы с такой структурой называют транзисторами. В микроэлектронике главную роль играют транзисторы типа (рис.4.1б), у которых эмиттер и коллектор имеют проводимость -типа, поэтому они и будут основой последующего анализа. По принципу действия они ничем не отличаются от -транзисторов, однако им свойственны другие полярности рабочих напряжений, а также ряд количественных особенностей.