10. Явления в pnp, npn – структурах. Принцип действия биполярного транзистора.

В зависимости от принципа действия и конструктивных признаков транзисторы подразделяются на два больших класса: Биполярные и полевые.

Биполярными транзисторами называют полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя выводами или более, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. В настоящее время широко используют биполярные транзисторы с двумя p-n-переходами, к которым чаще всего и относят этот термин. Они состоят из чередующихся областей (слоев) полупроводника, имеющих электропроводности различных типов. В зависимости от типа электропроводности наружных слоев различают транзисторы р-п-р и n-p-n-типов.

Транзисторы, в которых p-n-переходы создаются у поверхностей соприкосновения полупроводниковых слоев, называют плоскостными.

При подключении напряжений к отдельным слоям биполярного транзистора оказывается, что к одному переходу приложено прямое напряжение, к другому — обратное. При этом переход, к которому при нормальном включении приложено прямое напряжение, называют эмиттерным, а соответствующий наружный слой — эмиттером (Э); средний слой называют базой (Б). Второй переход, смещенный приложенным напряжением в обратном направлении, называют коллектор­ным, а соответствующий наружный слой — коллектором (К).

Однотипность слоев коллектора и эмиттера позволяет при включении менять их местами. Такое включение называется инверсным. При инверсном включении параметры реального транзистора существенно отличаются от параметров при нормальном включении.

В зависимости от технологии изготовления транзистора концентрация примесей в базе может быть распределена равномерно или неравномерно. При равномерном распределении внутреннее электрическое поле отсутствует и неосновные носители заряда, попавшие в базу, движутся в ней вследствие процесса диффузии. Такие транзисторы называют диффузионными или бездрейфовыми.

При неравномерном распределении концентрации примесей в базе имеется внутреннее электрическое поле (при сохранении в целом электронейтральности базы) и неосновные носители заряда движутся в ней в результате дрейфа и диффузии, причем дрейф играет доминирующую роль. Такие транзисторы называют дрейфовыми. Понятие «диффузионный транзистор» отражает основные процессы, происходящие в базе, поэтому его не следует путать с технологическим процессом получения p-n-переходов.

При изготовлении транзисторов эмиттер и коллектор выполняют низкоомными, а базу - относительно высокоомной (десятки - сотни Ом). При этом удельное сопротивление области эмиттера несколько меньше, чем области коллектора.

При подключении к электродам транзистора напряжений U_эБ и U_кв эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. В результате снижения потенциального барьера дырки из области эмиттера диффундируют через p-n-переход в область базы (инжекция дырок), а электроны - из области базы в область эмиттера. Так как удельное сопротивление базы высокое, дырочный поток носителей заряда преобладает над электронным. Поэтому последним в первом приближении можно пренебречь. Для количественной оценки составляющих полного тока р-я-перехода используют коэффициент инжекции где /Эр и /Эп—дырочная и электронная составляющие тока p-n-перехода; /э — полный ток p-n-перехода.

Дырки в базе являются неосновными носителями заряда и свободно проходят через запертый коллекторный р-и-переход в область коллектора. За время, определяемое постоянной времени диэлектрической релаксации те, они компенсируются электронами, создающими ток коллектора и приходящими из внешней цепи. Если бы рекомбинация в базе отсутствовала и существовала бы чисто односторонняя инжекция, то все носители заряда, инжектированные эмиттером, достигали бы коллекторного перехода и ток эмиттера был бы равен току коллектора. В действительности только часть у тока эмиттера составляют дырки и только часть их y. доходит до коллекторного перехода. Поэтому ток коллектора, вызванный инжекцией неосновных носителей заряда через эмиттерный переход, равен где а - коэффициент передачи эмиттерного тока.