Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

для транзисторных структур с различной топологией могут быть получены путем решения нестационарного уравнения теплопро­ водности при соответствующих граничных условиях. В работе [224], в частности, найдено, что в случае многоэмиттерного тран­ зистора с полосковой конфигурацией активных областей условие тепловой стабильности может быть записано как Р0атІк/Х^ 1, где Р 0 — средняя плотность мощности; Ік — толщина тела коллектора; X — коэффициент теплопроводности.

Из анализа, проведенного авторами указанной работы, стано­ вится очевидно, что для обеспечения тепловой устойчивости тран­ зистора очень большое значение имеет расстояние от р-п перехода — источника тепла — до теплоотводящей поверхности. Так, если бы удалось осуществить отвод выделяемого тепла со стороны эмиттера (а не со стороны коллектора, как это принято обычно), то можно было бы увеличить максимальную стабильную плотность мощности

в5 раз (при толщине кристалла 75 мкм).

3.Существенным параметром, определяющим термическую ста­ бильность прибора, является температурный коэффициент эмит­ терного тока, который был представлен ранее соотношениями (10.2)

и(10.6). Соотношение (10.6), определяющее температурный коэф­

физический смысл, поскольку объясняет, почему реальные тран­ зисторы способны выдерживать более высокие нагрузки, чем те, которые определяются величиной ато, не обнаруживая при этом тепловой нестабильности. Как уже отмечалось, причина заклю­ чается в стабилизирующем влиянии эмиттерного и базового после­ довательных сопротивлений. Таким образом, ато соответствует

286

служить частичным объяснением того хорошо известного факта [186, 187], что мощные ВЧ транзисторы обладают наилучшей теп­ ловой стабильностью и устойчивостью по отношению к образо­ ванию горячих пятен и вторичного пробоя (при данном уровне по­ стоянной мощности) ' именно в диапазоне малых напряжений — больших токов.

Зависимость температурного коэффициента ат от тока коллекто­ ра можно найти экспериментально путем предварительного снятия зависимости / к от температуры при фиксированном значении U3Q [229] и использования затем соотношения (10.2). Это проиллюстирровано на рис. 10.13, 10.14.

На рис. 10.14 для сравнения приведена кривая для ато, по­ строенная без учета влияния эмиттерного и базового сопротивлений. Видно, что в области больших токов действительное значение тем­ пературного коэффициента эмиттерного тока существенно меньше, чемаго, в то время как в области малых токов а г ~ а г о . прибли­ жаясь к значению 0,075 1/°С.

Как уже отмечалось, для мощных транзисторов не существует понятия гиперболы постоянной мощности рассеяния (как, напри­ мер, для маломощных транзисторов), что связано с появлением горя­ чих пятен и возрастанием теплового сопротивления по мере увели­ чения коллекторного напряжения (при постоянном уровне мощ­ ности). В каждом конкретном случае, таким образом, необходимо построение кривой, определяющей область безопасной работы тран­ зистора. Для этой цели необходимо определить явную зависимость температурного коэффициента ат от тока коллектора [229].

287

10.3. Методы повышения термической устойчивости и защиты от вторичного пробоя

Как следует из вышеприведенных рассуждений относительно температурного коэффициента эмиттерного тока, значительно умень­ шить ат можно введением добавочных сопротивлений эмиттера.

В связи с этим необходимо отметить, что в случае, когда рас­ пределение тока в структуре транзистора можно считать равно­ мерным (транзисторы малой и средней мощности), оказывается дос­ таточным введение внешнего эмиттерного сопротивления. Роль этого внешнего (стабилизирующего) сопротивления можно пояс­ нить следующим образом. Повышение температуры с ростом тока коллектора может привести к возникновению термической поло­ жительной обратной связи, что подтверждается появлением участка с отрицательным сопротивлением [183] на кривой, характеризую­ щей зависимости тока коллектора от напряжения перехода эмит­ тер — база при UKB = const (см. рис. 10.6). Введением дополни­ тельного внешнего эмиттерного сопротивления можно добиться, чтобы ход этой зависимости приближался к кривой /, для которой характерно отсутствие участка с отрицательным наклоном.

Таким образом, когда распределение тока в структуре тран­ зистора при условии постоянного смещения во всех случаях можно считать однородным (например, для маломощных транзисторов), добавление внешнего эмиттерного сопротивления приводит к появ­

Когда распределение тока в транзисторной структуре существенно неоднородно, такие изменения (т. е. появление участка с отрица­ тельным сопротивлением) являются прямым следствием возникно­ вения областей локального перегрева из-за концентрации тока.

В связи с этим для мощных ВЧ транзисторов добавочное эмиттерное сопротивление во внешней цепи не приведет к более одно­ родному распределению тока внутри самой структуры и не будет способствовать лучшей устойчивости к вторичному пробою.

Наилучшим способом обеспечения равномерной токовой на­ грузки и термической устойчивости является создание стабилизи­

его на выходные параметры транзистора на высокой частоте будет незначительным.

288

где Кц — температурный коэффициент эмиттерного напряжения при постоян­ ном токе эмиттера.

290