Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

Глава пятая

М А Л О С И Г Н А Л Ь Н Ы Е ПАРАМЕТРЫ а И ß

5.1.Низкочастотные значения

Впредыдущих главах мы рассматривали интегральные пара­

метры ß, у, а и ß C T , которые можно определить из измерений на постоянном токе или из импульсных измерений, причем последнее позволяет исключить разогрев транзисторов протекающим током.

Эти параметры используются для изучения физических процессов

втранзисторах, например рекомбинации в базе и эмиттере. В мас­

совом производстве измерение коэффициента ß C T дает возможность производить простую разбраковку приборов на группы по усили­ тельным свойствам. Однако транзисторы очень часто используются

вусилительных схемах для усиления малых периодических сиг­

нальные или дифференциальные коэффициенты а, ß, у и В, завися­ щие от частоты переменного сигнала. Даже на низких частотах ин­ тегральные и дифференциальные параметры могут не совпадать [77]. Вычислим дифференциальные параметры ß, у, а и В.

Рассмотрим простейший случай низких частот, когда частот­

Из выражения (5.2) следует, что если dfijdl 8 - > 0, то коэффициен­ ты ß„ и ß„ совпадают. Как было показано в § 4.2, величина ß n остает­ ся почти постоянной в области малых и средних токов вплоть до токов / к (4.44), когда транзистор входит в режим насыще-

*> На самом деле, для современных кремниевых планарных транзисторов низкими частотами можно считать частоты f < 1 МГц.

124

ния. При / к > / к 1 или / к 4 (4.46) происходит расширение квази» нейтральной базы в область коллекторного перехода с одновремен­ ным проявлением большого уровня инжекции носителей в базе вблизи границы (х = хка) металлургического перехода, что вызы­ вает быстрый спад коэффициента ß n .

но рассчитать по той же формуле (3.38), что и интегральный коэффи­

где / э = Іп(хэ)-\-Uрп +Ір(х'э) — полный эмиттерный ток. Из ра­ венства (3.46) имеем Іп{х"э) — ynIa. Дифференцируя по / э , находим связь между дифференциальным и интегральным коэффициентом инжекции:

переходе. Однако экспериментально [54, 55] установлено, что ско­

дифференциальный и интегральный коэффициенты инжекции оди­ наковыми Уп = Уп-

Дифференциальный коэффициент усиления по току или коэффи­ циент передачи тока в схеме с общей базой по определению равен

125

вошел в режим насыщения, дифференциальный коэффициент уси­ ления по току становится меньше интегрального.

Остается рассмотреть дифференциальный коэффициент усиле­ ния по току в схеме с общим эмиттером:

126

Следовательно, в области больших токов коллектора дифферен­ циальный коэффициент усиления В равен, согласно (5.8) и (5.96),

Таким образом, при больших токах дифференциальный и интеграль­ ный коэффициенты усиления по току снова могут совпадать.

5.2. Частотная зависимость коэффициентов а и В

Как показывает практика, коэффициенты усиления а(со) и ß(co) кремниевых планарных транзисторов (как и транзисторов других типов) обнаруживают плавный спад при увеличении частоты пере­ менного сигнала A U э б ( / ) = сУэ б 7 П ехр (/со/).

На некоторой характеристической частоте fr (или ©г = 2я/у) модуль коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером

току или частотой отсечки. Таким образом, частота /V является одним из важнейших параметров транзисторов. Экспериментально установлено, что /г существенным образом зависит от толщины базы W6, емкости эмиттерного С э и коллекторного Ск р-п переходов. В ВЧ и СВЧ приборах приходится создавать базовые области очень малой толщины W60 = 1,5 ~ 0,15 мкм, чтобы получить значения fr = 100 ~ 10 000 МГц.

Рассмотрим подробнее все факторы, влияющие на частотную зависимость коэффициентов усиления а(со) и В(со).

Зависимость коэффициента инжекции от частоты. Поскольку а(со) = Т;г(С 0 )Рп(0 ) ( Д л я п-р-п прибора), то прежде всего проана­ лизируем частотную зависимость коэффициента инжекции уп((и) эмиттерного р-п перехода. Предположим, что на клеммы эмиттер —-

коллектор — база или коллектор — эмиттер подано обратное на­ пряжение смещения UK = UK6 или сУк э . Под влиянием перемен­ ного входного напряжения А(Уэ б (/) появляется переменное напря­

новой составляющей тока •— тока заряда барьерной емкости эмит­

127

к р-п переходу, то оттекать в контакт в зависимости от увеличения или уменьшения переменным сигналом мгновенного значения прямого смещения Ùар.п + с / я р . п т е х р (/со/) в данный полупе­ риод времени. Аналогичным образом ведут себя дырки — основные носители в базе.

торную цепь. Тем самым эта составляющая эмиттерного тока яв­ ляется нежелательной, паразитной составляющей, ухудшающей усилительные свойства транзистора. Дифференциальный коэффи­ циент инжекции теперь примет вид

терном р-п переходе, существенная лишь при малых постоянных смещениях Uэб = Uар.п 0,5 В. Для вычисления амплитуд пе­ ременных токов в формуле (5.10) удобно рассмотреть эквивалент­ ную схему (рис. 5.1) эмиттерного р-п перехода на малом переменном сигнале, построенную на основе развитых выше соображений. На

щадей плоской части и боковых стенок эмиттерного диффузионного

эмиттерного слоя больше, чем в местах боковых закруглений эмит­

128