Материал: sb000008

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

плотность токов проводимости; τВ – время жизни неосновных носителей;

DB – коэффициент диффузии в базе. Условия для концентрации избыточных носителей на границе обеднённой области эмиттера можно записать сле-

дующим образом:

p′(0) ≡ p(0) − pB = pB[exp(qVEB kT) − 1]; n′(− xE ) ≡ n(− xE ) − nE = nE[exp(qVEB kT) − 1],

где nЕ – равновесная плотность неосновных носителей (электронов) в эмит-

тере. Аналогично для коллекторного перехода:

p′(W) ≡ p(W) − pB = pB[exp(qVCB kT) − 1]; n′(xC ) ≡ n(xC ) − nC = nC[exp(qVCB kT) − 1].

Решения уравнения (3.1), описывающие распределение неосновных носителей, т. е. дырок в базе и электронов в эмиттере и коллекторе, имеют вид

′

− W LB

′

W LB

−

p(x) = pB +

p (W) − p (0)e

eLB

−

p (W) − p (0)e

LB ; (3.4)

2 sh(W LB )

n(x) = nE + n′(− xE )exp[(x + xE )LE ], x < −xE ;

n(x) = nC + n′(xC )exp[− (x − xC )LC ], x > xC,

где LB = τBDB – диффузионная длина дырок в базе; LE и LC – диффузион-

ные длины электронов в эмиттере и коллекторе. Особенное значение имеет выражение (3.4), так как оно связывает ширину базы W с распределением не-

основных носителей. Если W → ∞ или W/LB >> 1, то из (3.4) получим p(x) = pB + p(0)e−xLB ,

т. е. распределение носителей в базе аналогично распределению в p– n- переходе. В этом случае отсутствует связь между эмиттерным и коллекторным токами, которые определяются градиентами плотности носителей в точ-

ках x = 0 и x = W соответственно. Таким образом, здесь отсутствует «транзисторный» эффект. Из формул (3.2) и (3.3) можно получить зависимость полного эмиттерного тока от приложенного напряжения

IE = AJp (x =

∂p

∂n

− qDB

+ A

− qDE

0) + AJn (x = −xE ) = A

∂x

ch(W L

x=0

x= −xE

D p

)(eqVEB kT − 1)− (eqVCB kT − 1)

D n

= Aq

− 1)

sh(W L

)

и зависимость полного коллекторного тока

IC = AJp (x = W) + AJn					− qDB	∂p		+
						∂p
				(x = xC ) = A		∂x
			(eqVEB kT			∂x	x=W
D p			(eqVEB kT	− 1)− ch(W L	)(eqVCB kT − 1)
= Aq	B	B			B			−
= Aq	L			sh(W L	)			−
	B			B

	− qD		∂n		=

A
		C	∂x
				x=xC

DEnE		(eqVEB kT − 1) ,

LE

где А – площадь поперечного сечения транзистора. Разность этих двух токов невелика и равна току базы

IB = IE − IC .

(3.5)

Изменим теперь распределение примеси в базе (рис. 3.2, б) и рассмотрим бо-

			лее	общее	распределение		примеси
			(рис. 3.3). Транзистор с подобным
			распределением			примеси	называют
			дрейфовым		транзистором,		так как в
–
A			его базу встроено электрическое поле,
N			его базу встроено электрическое поле,
–			ускоряющее дрейф дырок. Концентра-
+ D			ускоряющее дрейф дырок. Концентра-
N			ция доноров N и плотность электронов
xE	xC		ция доноров N и плотность электронов
xE	xC		в базе при		N >> ni определяются вы-
	W	x	в базе при		N >> ni определяются вы-
0	W	x	ражением
			ражением
			n ≈ N = ni exp[q(ψ − ϕ) kT],					(3.6)
Эмиттер	База Коллектор		где	ni – концентрация носителей в
Эмиттер	База Коллектор		собственном полупроводнике; ϕ –					по-
Рис. 3.3. Профиль легирования			собственном полупроводнике; ϕ –					по-
Рис. 3.3. Профиль легирования			тенциал Ферми; ψ – потенциал Ферми
транзистора с градиентом			тенциал Ферми; ψ – потенциал Ферми
транзистора с градиентом
концентрации примеси в базе			в собственном			полупроводнике.		Из

выражения (3.6) получим величину встроенного электрического поля:

E = −	∂ψ = −	kT	1	dN	.

	∂x	q N dx

Плотность дырочного тока определяется выражением

Jp = qμBpE − qDB dp . dx

Подставив (3.7) в (3.8), получим:

	= −qD	p dN	+	dp
J					.

p	B N dx			dx

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Решение уравнения (3.9) для равновесного состояния с граничными условия-

ми р = 0 при х = W имеет вид

∫ N(x)dx .

p(x) = qD N(x)

Концентрация дырок при х = 0 записывается в виде

p(x = 0) =

∫ N(x)dx

≈ pB0 exp

qDB nB0 0

где nB0 определяется из концентрации доноров при х = 0; рB0 – равновесная

концентрация дырок при х = 0 (поэтому n

= n 2). Ток I

= AJ

(где А –

площадь) определяется как

qAD n2

exp

= I

exp

∫ N(x)dx

Полный ток коллектора

= I

+ I

exp

где I2 –

ток насыщения. Типичные экспериментальные результаты приведены

10– 2

на рис. 3.4. Отметим, что экс-

qVEB

поненциальный закон хорошо

~exp

выполняется во всем диапа-

10– 4

2kT

зоне

токов, за

исключением

10– 6

очень высоких токов, при ко-

qVEB

торых

плотность

инжекти-

~exp

10– 8

Средний уровень инжекции

Высокий уровень инжекции

руемых

носителей

сравнима

10– 10

или

превосходит концентра-

~exp qVEB

цию примесей на коллекторе.

Постоянная I1

находится пу-

– 12

mkT

тем

экстраполяции

тока

при

10– 14

VEB = 0.

Количество примеси

ТокА,10– 16

Малыетоки

на

единицу

площади

базы

можно получить из выраже-

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

ния

VEB, В

Рис. 3.4. Зависимость эмиттерного и коллекторного

тока от напряжения эмиттер– база

		W		q
	QB ≡	∫ N(x)dx =		q	ADBni2 ,
	QB ≡	∫ N(x)dx =			ADBni2 ,
		0		I1
и для	кремниевых биполярных		транзисторов оно лежит в диапазоне
1012…10	13 см–2 .

3.2. Программа работы и указания по ее выполнению

1. По заданию, выданному преподавателем, построить профиль легирования кремниевого биполярного транзистора.

2. Рассчитать выходные характеристики транзистора IC = IC(UCB) в схеме с общей базой (рис. 3.1, а) при сопротивлении базы равном нулю. Вывести в книгу отчётов распределения концентраций электронов, дырок и напряжённости электрического поля, иллюстрирующие эффекты Эрли, Кирка, фотовольтаический эффект.

3. Для двух зависимостей IC = IC(UCB) исследовать влияние эффектов сильного легирования, последовательно отключая их и комбинируя. Оценить степень влияния на коэффициент передачи по току.

4. Для одной из зависимостей IC = IC(UCB) провести расчёт, меняя значение сопротивления базы.

5. Выбрать рабочее напряжение и сопротивление нагрузки. Задать ди-

намический режим работы транзистора, напряжение UЕB – видеоимпульс.

Изменяя амплитуду напряжения UЕB, добиться насыщения выходного на-

пряжения UCB. Объяснить причины ограничения амплитуды выходного импульса, расширения его длительности, изменения фронта.

4. Исследование кремниевого и гетероструктурного на основе GaAlAs биполярных транзисторов

в схеме с общим эмиттером

Цель работы – сравнительный анализ усилительных свойств кремниевого транзистора (БТ) и гетероструктурного биполярного транзистора на основе GaAlAs (ГБТ) и детальный анализ факторов, их определяющих.

4.1. Основные теоретические положения

Использование гетероперехода в биполярных транзисторах позволяет значительно улучшить выходные энергетические и частотные характеристики прибора.

4.2.Программа работы и указания по ее выполнению

1.По заданию, выданному преподавателем, построить профиль легирования кремниевого биполярного транзистора.

2.Рассчитать выходные характеристики БТ, построить зависимость коэффициента усиления по току от тока коллектора.

3.Изменяя профиль легирования, попытаться увеличить коэффициент усиления БТ по току.

4.По заданию, выданному преподавателем, построить профиль легирования и структуру зон ГБТ.

5.Рассчитать выходные характеристики для ГБТ с плавным гетеропереходом и варизонной базой для разной толщины гетероперехода. Построить зависимости граничной частоты и коэффициента усиления по току от тока коллектора.

5. Исследование диода Ганна

Цель работы – исследование работы диода Ганна (ДГ) в различных режимах его работы и разных профилях легирования.

5.1. Основные теоретические положения

Принцип действия диода Ганна основан на использовании эффекта отрицательной дифференциальной подвижности (ОДП). Образование и пере-

Источник: https://studfile.net/preview/16438900/

Смотрите также:

!Контрольная работа (задание)
'Свадьба'. Керамика
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)
«Українська література в першій половині ХХ століття»
0303_Болкунов_ВО_ЛР1
1
1 анализ организации работ в цехе то2 9 1 Характеристика локомотивного депо Хабаровск ii 9
1 Верно Баллов 1,00 из 1,00 Отметить вопрос Текст вопроса Уточнение правильности выполнения деталей техники, исправление ошибок является целью этапа Выберите
1 Понятие
1_MicroBio_возбудители Кишечных инфекций