Лекция № 12

3. Разновидности транзисторов

3.1. Дрейфовый транзистор

В дрейфовых транзисторах движение носителей по базе происходит в основном за счет дрейфовых сил, вызванных собственным полем базы. Поле базы этих транзисторов возникает из-за изменения концентрации примеси по длине базы от коллектора к эмиттеру. Технология изготовления дрейфовых транзисторов основана на том, что база образуется диффузией присадки в исходный кристалл, который является коллектором, а эмиттер вплавляется в базу (сплавно-диффузионная технология) или образуется за счет дифундирования примеси через «окошко» в защитной пленке окисла кремния (планарная технология), но в том и другом случае концентрация примеси в эмиттере значительно больше, чем в базе. При этом получается, что часть базы, прилегающая к коллектору, является почти собственным полупроводником, а часть базы, прилегающая к эмиттеру – примесным полупроводником с малым удельным сопротивлением. Кроме того, диффузионная технология позволяет получить очень тонкую базу (доли микрон), что в свою очередь уменьшает время пролета носителей в базе. Как было показано в лекции № 2 изменение концентрации примеси приводит к изменению уровня Ферми, но так как уровень Ферми внутри кристалла изменяться не может, то это приводит к изменению зоны проводимости и валентной зоны по длине базы или появлению перепада электростатического потенциала _Е внутри базы (рис. 3.1), которое ускоряет движение носителей от эмиттера к базе по сравнению с диффузионным движением, существующим в бездрейфовом транзисторе. Наличие ускоряющего поля и малая толщина базы способствует тому, что коэффициенты передачи входного тока  и  становятся значительно больше, чем у диффузионных транзисторов. По тем же причинам значительно возрастают предельные частоты дрейфовых транзисторов, которые могут достигать величин десятки ГГц. Из-за низкой концентрации примеси в коллекторе и в зоне базы, примыкающей к коллектору, ширина обедненной области перехода возрастает, что приводит к снижению величины барьерной емкости С_к, а, следовательно, к улучшению импульсных и частотных свойств транзистора. К недостаткам следует отнести более низкие предельные напряжения и допустимые мощности рассеивания на коллекторе. Вольтамперные характеристики, схемы замещения, параметры дрейфового транзистора такие же, как и у диффузионного.

3.2. Однопереходный транзистор

Конструктивно однопереходный транзистор устроен следующим образом. Слабо лигированная кремниевая пластинка n-типа (рис. 3.2) имеет два вывода, которые носят название база 1 и база 2 (второе название этого транзистора – двухбазовый диод). В эту пластинку вблизи базы 1 внедряют точечную p-область – эмиттер. Напряжение U_б, приложенное к Б₁ и Б₂, распределяется линейно по длине пластинки и величина напряжения пропорциональна длинам l₁ и l₂. Полярность напряжения, которое падает на участке l₂, является запирающей для перехода эмиттер–база 1. Эта полярность указана на рис. 3.2. Следовательно, при U_э = 0 в эмиттере будет протекать обратный ток I_эо, величина которого определяется неосновными носителями. Если подать на переход эмиттер–база 1 напряжение U_э прямой полярности и по величине больше, чем падение напряжения на участке l₂, то эмиттерный переход откроется и база пополнится носителями, инжектированными из эмиттера. Сопротивление базы уменьшится, а следовательно уменьшится падение напряжения на участке l₂, что приведет к возрастанию тока эмиттера и уменьшению сопротивления базы на участке l₂. Этот процесс увеличения тока и снижения сопротивления происходит лавинно и ток эмиттера возрастает скачком до величины, которая определяется внешним сопротивлением R₁ (рис. 3.3). Следовательно, ВАХ однопереходного транзистора (рис. 3.4) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, указанный на ВАХ пунктирной линией.

Если в цепь базы 1 включено сопротивление R₁, то можно записать следующее уравнение, используя второй закон Кирхгофа

.

Это уравнение носит название уравнения нагрузочной прямой и графиком его является прямая линия, проходящая через точки холостого хода (I_э = 0) и короткого замыкания ( ). Эти точки показаны на рис. 3.4. Как видно, нагрузочная прямая пересекает статическую ВАХ однопереходного транзистора в трех точках (А, В, С), из них устойчивыми являются точки А и В. Следовательно, в зависимости от величины U_вх ток эмиттера принимает либо значение , либо . Переход из одного состояния в другое происходит скачком при достижении U_вх значений U_вкл и U_выкл. Таким образом, можно использовать однопереходный транзистор как пороговое или переключающее устройство в импульсных схемах и схемах высокочастотных генераторов прямоугольных импульсов. Величину U_вкл можно изменять, меняя соотношение сопротивлений R₁ и R₂. К достоинствам такого транзистора следует отнести простоту конструкции, стабильность U_вкл, малое потребление тока, высокое быстродействие.