Файл: Tverdotila_elektronika.pdf

навантаження розірване, тому в такому стані довільний вхідний сигнал U âõ може без спотворення і послаблення

пройти на вихід схеми, тобто транзистор не шунтує (не закорочує) цей сигнал на корпус. Розподіл концентрації дірок у базі БТ у цьому режимі показано на рисунку 3.60 а кривою для моменту t0 . Концентрація неосновних носіїв у

базі мала, опір бази і всього БТ великий.

Рисунок 3.59 – Переміщення робочої точки в ключовому (імпульсному) режимі транзистора

Рисунок 3.60 – Розподіл концентрації дірок у базі БТ у ключовому режимі

У момент t1 в базу БТ подається негативний імпульс струму (рис. 3.61), ЕП вмикається в прямому напрямі, дірки

151

з емітера інжектуються до бази. ЕП переходить до активного режиму роботи, робоча точка рухається вздовж навантажувальної прямої від т. А до т. В, наближаючись до області режиму насичення (РН). Струм бази в момент t1

різко зростає до значення IÁí àñ , і концентрація дірок у базі

біля ЕП збільшується. Але струм колектора починає змінюватися лише через деякий час задержки, який потрібно затратити діркам, щоб подолати відстань між емітером і колектором. Через певний час дифундуючі до колектора дірки заповнюють базу, градієнт їх концентрації біля КП збільшується, і струм колектора зростає (крива t2

на рисунку 3.60 а). У момент t3 транзистор наближається до РН, розподіл концентрації дірок у базі стає лінійним, наростання струму колектора I Ê сповільнюється (рис. 3.60 а, крива t3 , рис. 3.61). Робоча точка транзистора переходить до точки В на навантажувальній прямій. Ця точка відповідає напрузі UKE UÁÅ (UKE EK ) і струму

IÊí àñ (EK UKE ) / RK EK / RK . Напруга на КП UÊÁ UÊÅí àñ UÁÅ 0 , і КП вмикається у прямому напрямі. Починається інтенсивна інжекція дірок з колектора до бази, їх концентрація біля КП зростає, стає більшою, ніж рівноважна (рис. 3.60, крива t4 ). Градієнт дірок у базі в РН

залишається постійним, і струм колектора більше не наростає (рис. 3.61).

У момент t5 імпульс керування в базі БТ закінчується, і

прилад поступово повертається до свого початкового стану. Починається процес розсмоктування дірок у базі за рахунок їх екстракції до областей емітера і колектора. Зміна знака градієнта концентрації біля ЕП (крива t5 на рисунку 3.60) і

перехід дірок до області емітера викликають зміну напряму

152

моменту t7 ) концентрація дірок у базі біля ЕП та КП зменшується таким чином, що градієнт їх концентрації залишається постійним (криві t6 і t7 на рисунку 3.60 б), і тому струм I Á та I K не змінюється. Після того як концентрація дірок у базі біля КП і ЕП досягає рівноважного значення ( pn0 ), градієнти їх концентрації починають зменшуватись, і це викликає зменшення струмів

IK0 = IKÁ0 , характерних для РВ.

На тривалість переднього і заднього фронтів вихідного імпульсу струму (рис. 3.61) суттєво впливають частотні властивості БТ. Чим вища гранична частота транзистора, тим вища його швидкодія в ключовому режимі. Крім того, швидкодія БТ у режимі перемикання збільшується при збільшенні коефіцієнта передачі струму h21E (або

збільшенні амплітуди імпульсу струму бази – імпульсу керування). З метою підвищення граничної частоти транзистори виконують з малими ємностями переходів, а також, оскільки на швидкість розсмоктування впливає не лише екстракція, а й рекомбінація, зменшують середню тривалість життя неосновних носіїв шляхом введення до бази домішок, що прискорюють рекомбінацію (наприклад, золото у кремнієвих БТ).

153

надлишкову концентрацію носіїв, тобто поки струм I1 буде

більшим за величину I1âèì êí (рис. 3.63 а).

На рисунку 3.63 б показано вихідні характеристики одноперехідного транзистора I2 f (U2 ) I1 const . При I1 0 вихідна характеристика лінійна, бо прилад діє як звичайний резистор. При I1 0 вихідні характеристики набирають нелінійного характеру, оскільки результуюча напруга на переході змінюються при зміні вихідного струму I2 .

I1

I1вимкн

I увімкн

а) б)

Рисунок 3.63 – Вхідна (а) і вихідна (б) статичні характеристики одноперехідного транзистора

Одноперехідні транзистори використовуються у різноманітних імпульсних схемах (генератори релаксаційних коливань, підсилювачі тощо).

3.4.2 Високочастотні малопотужні транзистори

156

При виготовленні високочастотних транзисторів сплавний спосіб не застосовують, оскільки він не дозволяє отримати

вузьку базу (малий опір r ) і малу площу переходів. Тому

Á

такі транзистори виготовляють за технологією дифузійного введення домішок. Глибина проникнення атомів домішок у напівпровідниковий кристал залежить від тривалості процесу дифузії та виду дифундуючих домішок. При цьому в кристалі створюється нерівномірний розподіл домішок від поверхні до глибини. Це сприяє збільшенню концентрації

домішок у базі біля ЕП і, як наслідок, зменшенню r .

Á

Відносне зменшення концентрації домішок біля КП приводить до зменшення його бар’єрної ємності за рахунок розширення переходу в бік бази, а також до збільшення пробивної напруги колектора.

Прикладом транзисторів, виготовлених за дифузійною технологією, є дрейфові транзистори. У базах цих транзисторів створюється експоненціальний розподіл донорних домішок, концентрація яких зменшується від емітера до колектора (рис. 3.64).

Рисунок 3.64 – Розподіл концентрації донорних домішок у базі дрейфового БТ

Внаслідок іонізації атомів домішок у базі виникає так зване вбудоване електричне поле, спрямоване від емітера до колектора. Це поле збільшує швидкість руху дірок через

157

базу. Завдяки цьому усувається суттєвий недолік сплавних транзисторів з точки зору частотних властивостей, тобто зменшується час прольоту дірок через базу. Ємність КП у таких транзисторах мала, тому що він має велику товщину.

Існують також дифузійно-сплавні транзистори, в яких області колектора і бази виготовляють шляхом дифузії домішок, а ЕП – вплавленням домішок. Розподіл концентрації донорів у базі таких транзисторів подібний до розподілу домішок у базі дрейфового транзистора. Різновидністю таких транзисторів є мезатранзистори із столоподібною структурою (рис. 3.65).

Рисунок 3.65 – Структура мезатранзистора

Поширеним сучасним способом виготовлення високочастотних транзисторів є так звана планарна технологія, яка розглядатиметься докладно у розділі з мікроелектроніки.

3.4.3 Потужні транзистори

Для потужних транзисторів ( P 1, 5 Вт) характерне

протікання через їхні області великих струмів. Це приводить:

- до зростання падіння напруги на r , внаслідок чого

Á

напруга U ÅÁ буде лише частково прикладена до ЕП;

- до того, що падіння напруги на ЕП виявляється нерівномірним, і це приводить до зростання густини

158