ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
ния составляет несколько микросекунд, а для высокочастотных — 100 нсек.
Нужно отметить, что коэффициент переда чи по току в ключевом режиме может сильно отличаться от низкочастотного значения Во.
п |
I к л а в |
Во |
Поскольку |
--- J— |
реальное усиле |
|
'б |
(З-г-4'' |
Во
ние по току Ваас
(34-4) ‘
ТИПЫ ТРАНЗИСТОРОВ
Приведенная нами на рис. 11 классифика ция обобщает основные физические и техноло гические свойства транзисторов. В основу де ления транзисторов положены механизмы переноса носителей — диффузионный и дрей фовый. Технологический Способ получения пе реходов в приборе, обозначенный на рис. И кружками с пунктирными вертикальными ли ниями, можно определить по горизонтальной перемычке с точкой.
Однако при описании принципа действия и конструкций ПТ воспользуемся другой класси фикацией: транзисторы, работающие на неос новных носителях, и транзисторы, работающие на основных носителях. Иногда граница раз дела будет проходить внутри одного типа триодов.
Транзисторы, работающие на неосновных носителях
С п л а в н о й т р и о д как мощный низко частотный прибор не имеет соперников. Он прост по конструкции, его параметры можно
42
легко рассчитать и воспроизвести. По принци пу действия — это диффузионный триод с рез ким переходом.
Впервые сплавной тип транзисторов поя- . вился в 1949 г. Получают такой триод (табл. 3) путем вплавления с двух сторон в кристалл германия или кремния сплава, со держащего акцепторную примесь, или акцеп торного материала (исходный кристалл л-ти- па) либо сплава, содержащего донорную при месь (исходный кристалл р-типа).
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
|
Примеси, используемые в производстве |
|
||||
|
транзисторов |
|
|
||
|
|
|
Энергия активации, |
эв |
|
Тип примеси |
Элемент |
|
Германий |
Кремний |
|
|
|
|
|||
|
Литий . . . . |
0,0093 |
0,0333 |
||
Доноры |
Сурьма . . . |
0,0096 |
0,039 |
|
|
Фосфор . . . |
0,012 |
0,044 |
|
||
|
Мышьяк . . . |
0,013 |
0,049 |
|
|
|
Висмут . . . |
— |
0,067 |
|
|
|
Б о р ................ |
0,01 |
0,045 |
||
Акцепторы |
Алюминий . . |
0,01 |
0,057 |
|
|
Галлий . . . |
0,01 |
0,065 |
|||
|
Таллий . . . |
0,01 |
--s |
|
|
|
Индий |
. . . |
0,011 |
0,15 |
|
|
Цинк+ . . . |
0,03 |
. 0,078 |
||
|
Золото^ . . . |
0,05 |
— |
|
П р и м е ч а н и е , Примеси» дающие только глубин ные уровни, полностью не ионизированные при комнат ной температуре, не приводятся. Они не определяют ти па проводимости, а служат центрами рекомбинации для электронов и дырок. Знак «+ » означает, что примесь лает несколько рекомбинационных уровней.
43
В сплавных триодах эмиттер обычно в полтора — два раза меньше коллектора. Для схем с биполярным напряжением изготовляют симметричные транзисторы, у которых площа
|
ди обоих |
переходов |
||||
|
равны. |
Конечно, у |
||||
|
этих |
ПТ |
коэффици |
|||
|
ент а меньше, чем у |
|||||
|
триодов |
|
с разными |
|||
|
по величине |
эмитте |
||||
|
ром |
и коллектором. |
||||
|
Чтобы |
|
сплавной |
|||
|
триод |
работал |
на |
|||
Рис. 12. Конструкция сплав |
относительно |
высо |
||||
ного р-п-р триода с кольце |
ких |
частотах, |
до |
|||
вой базой. |
1 Мгц, |
ширину |
ба |
|||
|
зы уменьшают. Уг |
|||||
|
лубления |
для |
кол |
лекторного и эмиттерного сплавов вытравли ваются или фрезеруются (рис. 12). Ширина базы фрезерованных триодов после вплавления составляет 10—13 мкм.
Промежуток между эмиттером и базовым контактом сплавного триода может быть до 100 мкм. Площадь кругового эмиттера состав ляет десятые доли квадратных миллиметров. Однако потенциал вдоль эмиттерного контак та неодинаков. Эмиттерный ток р-п-р триода имеет электронную составляющую, направлен ную от эмиттера к базе. Если этот ток может вызвать заметное падение напряжения вдоль эмиттерного контакта (мощные триоды), пе риферия контакта будет находиться под более высоким напряжением, чем центральная часть.
44
Поэтому плотность тока будет убывать от пе риферии к центру.
Чтобы повысить эффективную проводи мость эмиттера, контакты базы и эмиттера мощных сплавных триодов разбивают на ряд тонких концентрических колец с чередованием эмиттера и базы. В этом случае базой слу жит центральный диск. Когда эмиттер и база связаны проводящей пленкой, получается схемное соединение, известное под названием усилитель Дарлингтона (рис. 13). В такой схеме исходным является кремниевый п-р-п триод. При / к= 2 а и t/K= l5 0 в коэффициент
а=1000.
Впоследнее время разработаны много кольцевые варианты этой схемы. Например, триод, эквивалентный трем триодам с общим коллектором и перемычками эмиттер — база. Все эти конструкции все же неудовлетвори тельны: у них высокая емкость входа, так как
все емкости эмиттеров последовательно замы кают входные клеммы, и склонность к неста бильности из-за опять-таки емкостной обрат ной связи. Изготовляют схемы с разделенными коллекторами, так что два из них связаны, а третий имеет свой электрод.
В некоторых германиевых сплавных трио дах базу в узком слое непосредственно у эмиттерного перехода делают неоднородной (технология диффузии). Градиент неосновных носителей в базе изменяется так, что под эмиттером в р-п-р триоде дырок накапливает ся мало и они не препятствуют инжекции но вых дырок. Поэтому увеличение /э не снижает
45
эффективности эмиттера в такой степени, как в обычном сплавном триоде.
Мощные сплавные триоды, предназначен ные для работы в низкочастотных ключевых
|
б |
э |
б, Э2 |
бг 3, |
б| 3. б? эг 63 |
іздьд |
l a w |
■**€&_ |
к
■а
к
Рис. 13. Конструкция (а) и схема (б) усилителя Дарлингтона:
б\—бг — центральный диск и концентрические кольцевые выводы базы (сплав золота с бором); эь э2 — концентри ческие кольцевые выводы эмиттера (сплав золота с сурьмой); / — основной кристалл кремния п-типа (база); 2 — диск коллектора (сплав золота с сурьмой).
схемах, могут переключать токи порядка десятка ампер. Сопротивление насыщения их со ставляет от 0,25 до 0,1 ом. Эти данные отно сятся к кремниевым триодам, так как все
46
мощные триоды, в основном, |
изготовляются |
|
из кремния. |
в ы р а щ е н н ы е из р а с |
|
Т р и о д ы , |
||
п л а в а . Почти |
одновременно |
со сплавными |
триодами в качестве высокочастотного гілоскостного транзистора был разработан тянутый триод, или триод, выращенный из расплава. На затравке, медленно вытягиваемой из рас плава в вакууме, растет кристалл германия или кремния. Забрасывая в расплав сначала акцепторную примесь, затем донорную, меняя скорость вытягивания или производя обратное плавление, можно получать р-п-р и п-р-п структуры. Выпускается выращенный тетрод, имеющий р-п-р или п-р-п структуру, в которой напротив базового вывода находится еще один управляющий электрод. При выращивании пе реходов используются: разница в соотноше нии растворимости примесей в твердой и жид кой фазах; истощение расплава вблизи кри сталла при большой скорости выращивания; диффузия во время и после выращивания. Резкая граница между р- и «-слоями в таких триодах отсутствует.
Выращенные триоды имеют плавный пере ход и неоднородную базу. Однако получить таким методом достаточно тонкую базу труд но, да и технология изготовления кристалла мало производительна. В связи с этим выра щенных триодов весьма мало по сравнению с общим количеством выпускаемых промыш ленностью транзисторов.
Современная технология выращивания мо нокристаллов позволяет разрабатывать так называемый дендритный метод получения дио
47
дов и триодов. Их можно выращивать в виде длинной монокристаллической нити или лен ты; после нанесения контактов такие приборы удобно подключать по заданной схеме.
Д р е й ф о в ы й т р а н з и с т о р . Неодно родная база получается при диффузии приме си в глубь кристалла. В германии скорость акцепторов примерно в 100 раз меньше ско рости доноров, в кремнии она во столько же раз больше. Ионизированные примеси в неод нородной базе распределяются так же, как дырки и электроны. Однако в отличие от ато мов примеси, закрепленных в узлах решетки, носители тока подвижны и стремятся равно мерно распределиться по объему кристалла. При выключенном внешнем напряжении дыр ки и электроны движутся до тех пор, пока образовавшееся электрическое поле не воспре пятствует поступлению носителей соответст вующего знака. В базе р-п-р триода устанав
ливается |
градиент концентрации электронов, |
|||
а в п-р-п |
триода — градиент |
дырок. |
Следо |
|
вательно, |
в базе |
возникает |
стационарное |
|
поле. |
|
|
|
|
В создании этого |
поля участвуют |
только |
ионы примеси и основные носители, поэтому величина его в каждой точке кристалла опре деляется заданным градиентом примесей и температурой. Такое поле называется встроен ным. Для диффузионной базы р-типа его ве личина
А . |
dNA |
(10) |
Ѵ-^А |
dx |
|
48
При экспоненциальном распределении при месей 1
гг |
ЬТ |
1 |
|
(10а) |
Еж = — - ■п • |
N„ |
|||
|
qw |
|
|
|
где N3 и АД — концентрации примесей |
соот |
ветственно у эмиттерного и коллекторного пе реходов.
Инжектированные эмиттером электроны оттягиваются встроенным полем к коллектору. Расчетная частота fa триода с диффузионной базой составляет примерно ІО3 Мгц.
Перепад концентраций в базе влияет на величину коэффициента а —ßya*. Так как ве роятность рекомбинации при быстром дрейфе уменьшается, то эффективность переноса ß возрастает, а эффективность эмиттера у не' много уменьшается из-за низкого сопротив ления базы рб.
Технология получения транзисторов с диф фузионной базой может быть следующей:
1. Для получения коллекторного и эмит терного переходов в кристалле п- и р-типа с двух сторон осуществляется диффузия приме сей противоположного знака.
2. Коллекторный переход получают мето дом диффузии, а эмиттерный — вплавлением примесного сплава с одной стороны кристалла. Со стороны основного кристалла к коллектору вплавляется омический контакт.
1 В обычных условиях (постоянный источник при меси) примеси в базе распределяются согласно функции
ошибок /V,К |
X \ |
N J 1 — егі |
|
|
2У D t ) ' |
4—273 |
49 |