Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

генератора тока в цепи эмиттер—база.

Наклон

выходных

характе­

ристик dIK

ldUKa

можно вычислить следующим образом:

d!K

t

г

dBCT

. —

'б——

/ g =

c o n s t

dUK

'гб. - c o n s t

dU, 'ко

dyn

7/7 ßn

б>

(7.5)

dUw

db'Ka

ß*

0 - Y » ß«)a

если воспользоваться выражением (3.28) для ß C T . В

случае транзи­

сторов, в которые не проводилась

диффузия

золота,

как указы­

валось в §3.4, коэффициент

переноса Р>п можно считать равным 1.

Тогда формула

(7.5) упрощается:

diu

dUKa

/ . = c o n s t

0 - Y J Y « D U ™

Подставляя

в последнее

равенство

выражение

(3.57) для уп,

с учетом

(3.58)

получаем

du

/к Na« V2™o/qNdK

L\ N-1 (*„„)

/ « =

const

/ ф к к + І ^ к э І З . 4 {1

-exp

•(xZ-XBo)V-Ld/La)ILd)]}

(7.6)

При

выводе

формулы

(7.6) мы приближенно

считали, что

I с/к р.„ I =

I £УКЭ

I — и э

р . п — / „ Я К

Ä: I (7К Э I — иэр.п,

т. е. пренебрегали

при

малых

токах

/ к

омическим

падением

напряжения

UKс л —

= IKRK

на

высокоомном коллекторном

слое.

Кроме

того, пола­

гали, что

1

2^o(<fKK

+ \UKp.n\)

2 е е 0

( ф к

к р-п

I

4Nd« Ll

ибо

при типичных

значениях

А^к =-(0,5 — 5,0) • 1015

с м - 3 , L a —

= (0,15 - 0 , 2 0 ) W6Q,

1Гб 0 =

0,5 -f- 2,0 мкм, Ф к

к + | UKр.п

I > 1В

| 2 е 8 о ( ф к к f

\UKp„n\)lqNdKLl>\Q.

Из (7.6) можно найти выходное дифференциальное

сопротивле­

ние

транзистора

^9 9

dUKa

У ф :пк "

UKa\

3,4УѴ„ (дсьо)

X

dl»

c o n s t

IKNDKV~2eeo/qNdKLa

X

1 —ехр

х'э—хя0

(7.7)

При

выводе формулы (7.7) при достаточно больших

коллекторных

напряжениях (| (7 К Э | > 1 В) полагали приближенно, что

Фкк + 1 ^ к Р - п 1 = Фкк +

1 и к а \ — Uэ р-п

lt/иэі-

Согласно формуле (7.7) выходное сопротивление

г 2 2

обратно

пропорционально коллекторному току

/ к и растет с

напряжением

на коллекторном р-п переходе пропорционально

]/срі ; к +

| UK р.п

|.

При токах /,(=14-100 мА и напряжениях

| ( 7 к р . „ | ^ 1

В

величина г 2 2 = 100

1 кОм, поскольку

хэ

— *во

I ^

Ld_

ïlOO

1 —ехр

Ld

\

L a

при обычных значениях Na(xa0)lNdH(3—10)-

102 и L a

—

(0,15

—

0,20) Wü0.

\UKa\

При достаточно

больших токах / к

и напряжениях

на­

клон выходных характеристик dIJdUK3

будет больше,'чем

наклон,

определяемый по формуле (7.6), а выходное

сопротивление

г 2 2

меньше, чем следует из формулы (7.7), не учитывающей

разогрев

транзистора протекающим током. Подробно

термические

эффекты

в кремниевых транзисторах рассмотрены в

гл.

10.

эффициент переноса рпі.

Точный расчет токов I э і и Ікі,

а следова­

тельно, и коэффицинетов

усиления at и ß C T i , весьма

сложен, так

электронов

по площади коллектора.

Следует

также отметить, что в инверсный активный

режим

транзистор

обычно переходит из режима насыщения, для

которого

весьма типично

наличие большого уровня инжекции электронов

в высокоомном

слое и в части базы, прилегающей к коллекторному

Хехр

QVT

(^l\^NdK-Na(x"K),

\

J

п {х'к)

пр (4) ехр І^)

= —

^

X

Х е х р ( ^ ) « Л /

а ( Х к ) - ^ к

\

9Фг /

и,

следовательно,

как и в обычных диодах,

токи Іаі,

Ікі

зависят

от напряжения

по закону Іді,

І к і

~ ехр

{UKp-n/qq>T).

В случае

больших

уровней

инжекции

р(х'^)>

NdK

— Na

(х«)

и п ( Х к )

> Na(х'к)

— NdK.

Это означает,

что

потенциальный барьер

в

коллекторном

р-п переходе

исчезает

и

зависимость

токов

Іді,

Ікі

от напряжения UKp.n

должна

быть

более слабая, чем экспо­

ненциальная ехр

(UKp-n/qq>T).

Режим насыщения. В этом режиме работы транзистора на эмит­

тер ный р-п переход подается прямое напряжение смещения (Ug р.п

>

>

0), а на коллекторном р-п переходе возникает прямое напряжение

смещения

(UK

р.п

> 0). Для

лучшего

понимания

возможности

ного коллекторного напряжения ( і : К э = const).

В цепи коллектор—

эмиттер включено сопротивление нагрузки Rn.

Если Е д б > 0 и до­

ном р-п переходе UK р . п ,

омического падения напряжения

на вы-

сокоомном слое UK с л

и на сопротивлении нагрузки R H :

•^кэ = I

р-п I +

Uк сл + Uэ р-п Л- Ун — I и к р . п

I - f

+

L

R K + U 3 p n

+ U R n ,

"

(7.8)

где R K — сопротивление

растекания

высокоомного

слоя

(в сплав­

I^(EK,-U3p.n)/(RK

+ RH).

(7.9)

В кремниевых

низковольтных

транзисторах типа

КТ312,

КТ603 с пробивным напряжением с/Кбо ^

50 В толщина высокоом-

ного коллекторного

слоя lnQ

невелика (Іп0

да 10 мкм), а

удельное

сопротивление этого слоя р„ меньше

5 Ом-см. У этого типа тран­

зисторов Rк да 10 Ом <^ Ru,

и ток коллектора перестает расти при

(с

пробивным напряжением

£ / к б 0 ^ 150 В, / п 0 =

40—150

мкм,

р п

^ 10 Ом• см) сопротивление

коллекторного слоя

достигает весь­

ма

больших значений: RK = 200—500 Ом. Поэтому при RH

œ RK

в этих транзисторах увеличение эмиттерного тока

(Іэ >

вызы­

Ік ~ (Еко

—

Uap-nlIR^.

(7.10)

Возрастание коллекторного

тока до предельного

значения /«,

имеющих

место в планарных транзисторах

при токах

эмиттера

/ э

>

/к, І'к, рассмотрим направления протекания тока в коллекто­

ре,

изображенные на рис. 7.2. Электроны,

инжектированные из

n-эмиттера

(в случае п-р-п транзистора), пролетают через область

базы,

коллекторный р-п переход, затем через высокоомный

слой

и

достигают низкоомного п+ -слоя. Поскольку / э > / к .

то

через

«+-СЛОЙ в коллекторный вывод уходит электронный ток

а часть

р-п

перехода за пределами

площади эмиттера возможна при нали­

чии прямого

смещения

U s

p . n

на этом переходе. Таким образом,

при

/ к

= /к = а / э

активная

часть

коллекторного р-п перехода (непо­

средственно

под эмиттером)

нахо­

дится

при

нулевом

смещении

(UK

p.n

= 0,)

а

пассивная

часть (за

пределами

площади эмиттера) под

обратным

смещением

UK р.п

< 0.

Рис.

7.2.

Потоки

электронов

в

п-р-п

транзисторе

в

режиме

насыщения.

При /„

= /к и

I Э > /к весь коллекторный р-я переход оказы­

вается под

прямым

смещением (Uк г . п > 0). Итак, в режиме на­

переходах, включенных

навстречу

друг

другу,

плюс падение

на­

пряжения на модулированном сопротивлении коллекторной

толщи

сл (^к)-

UKS

h ~

Уэр-п

— UKр.п-\-UKCn

(Iк),

(7.1

la)

где

/ к < / к < / к .

(ІК

— /,<) напряжение

UK5 н

В

начале

режима

насыщения

будет,

очевидно, максимальным,

так как UKР.П

— 0,

a

UKCN(IK)

=

IKRK—

мак симально. Следовательно,

^кэні,

_ r

= Uap-n

+

I*RK.

(7.116)

В

режиме

глубокого

насыщения

( / „ >

/к)

напряжение (7К Э Н

весьма незначительно

( [ / к э н

< 0 , 1 В),

так

как

теперь

икр.пти

œ иэр.п>0,

a І 7 к с л ( / к )

также

мало

вследствие возникновения

Р ( * № „ > 1 , п(х)жр{х)

+

NdKœp(x).

Происхождение термина «режим

насыщения» становится по­

значения или значения насыщения

определяемого

формулой

(7.10).

Область насыщения всегда отчетливо проявляется на выходных

характеристиках транзисторов ІК = ІК

( с / к э ) / б в схеме

с общим