Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

рячего пятна» от коллекторного напряжения, полученные как с по­

личных участков кривой 1, проведенной авторами работ [186,187]. Для участка AB, обозначенного пунктиром и соответствующего низким значениям напряжения на коллекторе, тепловое сопротив­ ление определяется средней температурой перехода, характери­ зующей равномерное распределение плотности тока в структуре, и может быть определено с помощью классического выражения типа (9.18):

дает с тем, которое определяется путем измерения àUg6, и является именно той величиной, которая обычно приводится в справочных

ших некоторого граничного (порогового) напряжения <7г р , в тран­ зисторе начинается перегрев, приводящий к образованию «горя­ чих пятен». В этом случае резко растет тепловое сопротивление. Для кривой 1, приведенной на рис. 9.9, указанное явление имеет место в диапазоне напряжений 20—30 В при Urp = 26 В; Rm-к на участке ВС определяется формулой (9.19).

На участке CD выше точки перегиба С тепловое сопротивление

где Rrn-к — тепловое сопротивление «горячего пятна», соответ­ ствующее точке С; СУ — коэффициент, характеризующий рост теплового сопротивления от коллекторного напряжения, В - 1 .

Для подавляющего большинства исследованных транзисторов выбранного типа напряжение UD, соответствующее точке D, ока­ залось близким к UKa „ (максимально допустимому пробивному на-

255

пряжению при отключенной базе). Можно, следовательно, считать, что участок CD (интервал средних токов и напряжений от UTp до

токов) характерна еще большая скорость роста теплового сопротив­

вует состоянию транзистора, непосредственно предшествующему вторичному пробою в условиях обратносмещенного эмиттерного

Из всего сказанного следует, что диапазон напряжений, в ко­ тором рассеиваемая мощность ограничивается не возникновением «горячих пятен» и термической нестабильностью, а просто предель­ ной температурой перехода [см. соотношение (9.18)], достаточно мал; в рассматриваемом случае это диапазон напряжений, меньших 20—25 В. При больших напряжениях имеет место существенное огра­

Более резко это проявляется в условиях обратного смещения пере­ хода эмиттер — база. Все вышесказанное относительно изменения касается в первую очередь статического режима работы транзистора. В случае импульсного режима область безопасной работы приборов значительно расширяется. Аналогичная картина имеет место и в динамическом режиме при использовании транзис­ торов в схемах высокочастотных усилителей мощности с отсечкой коллекторного тока, когда явление концентрации тока по площади

структуры значительно ослабляется.

Тем не менее уровень полезной выходной мощности на высокой частоте, определяемый в числе прочих параметров максимально рас­

В заключение следует отметить, что если в структуре нет то­ чек перегрева, то величина теплового сопротивления определяется исключительно способностью транзистора отводить тепло и в связи с этим зависит от характеристик самого кристалла ^транзисторной структурой, от способа крепления этого кристаллад на держатель (ножку), а также от свойств и размеров материалов, используемых при изготовлении держателя и теплоотвода.

При анализе параметра часто используют тот факт, что существует прямая аналогия между потоком тепла в теплопроводя-

256

щей среде и электрическим током в ЯС-цепочке 1140, 188, 189]. Учитывая эту аналогию, можно теоретически определить перепад температуры между р-п переходом (источником тепла) и внешним теплоотводом. Модель распределенного теплового сопротивления представлена на рис. 9.10.

При конструировании прибора необходимо помнить, что зна­ чение Я Т п - к может быть снижено за счет увеличения активной площади перехода, уменьшения толщины кристалла и используемых в составе корпуса материалов, а также за счет правильного подбора этих материалов с точки зрения теплопроводности. В табл. 9.2 представлены значения теплопроводности для некоторых наиболее употребительных материалов [188].

Т а б л и ц а 9.2

Что касается второго из параметров, определяющих отдавае­ мую транзистором мощность на высокой частоте, а именно Ік м а к с , то основное значение имеет, по-видимому, не тот максимальный ток, при котором значительно уменьшается статический коэффициент усиления по току или становится возможным перегорание проволоч­ ных выводов, а критический ток коллектора / к р , характеризующий степень спада усилительных свойств на высокой частоте. Особенно важно значение критического тока коллектора при работе в ниж­ нем диапазоне рабочих частот, когда малая величина / к р приводит к существенному уменьшению | В | и Кр и, следовательно, к преж­ девременному насыщению выходной мощности с ростом Р в х .

Вопросу повышения пробивного напряжения перехода эмит­ тер— коллектор t / к э п р была посвящена гл. 8. Здесь же следует от-

метить, что в случае мощных СВЧ транзисторов резервы повышения уровня с / к э п р путем использования ряда технологических приемов («охранное кольцо» и др.) ограничены в связи с тем, что для улуч­ шения усилительных свойств транзистора на высокой частоте при­ ходится, как было ранее отмечено, уменьшать удельное сопротивле­ ние и толщину эпитаксиальной пленки. Для каждого типа мощных СВЧ транзисторов необходимо прибегать к какому-то компромис­ сному решению. Проблема несколько облегчается в связи со спе­

в которых используются СВЧ транзисторы, как правило, невелико и лежит в диапазоне 6—28 В. Если учесть тот факт, что типичное мак­ симальное напряжение на коллекторе при частотном, импульсном и

литудной модуляцией встречаются случаи [190], когда максималь­ ное коллекторное напряжение превосходит Ек в 4 раза. В работах [190, 191] показано, что мощные СВЧ транзисторы выдерживают, однако, такие выбросы напряжения, так как с повышением час­ тоты напряжение пробоя также возрастает. Известно, что для схемы

m — коэффициент, значение которого для кремниевых транзисторов составляет 2—4.

теризуется неравномерным распределением тока, необходимо учесть

ляющая напряжения, действующего в обратном направлении, получим

Е/кво(вч)= , (9.25)

где и к э о (вч) — пробивное напряжение между коллектором и эмит­ тером в указанных условиях; k — коэффициент, который может

258