1. Визначення, структура та особливості дрейфового транзистора
2. Фізичні процеси в базі дрейфового транзистора
2.1 Процеси в базі при низькому рівні інжекції
2.2 Процеси в базі при великій щільності струму
3. Вплив нерівномірного розподілу домішок в базі на параметри дрейфового транзистора
Список використаних джерел літератури
1. Визначення, структура та особливості дрейфового транзистора
Основні характеристики транзистора визначаються в першу чергу процесами, що відбуваються в базі. Залежно від розподілу домішок в базі може існувати або бути відсутнім електричне поле. Якщо при відсутності струмів в базі існує електричне поле, яке сприяє руху неосновних носіїв заряду від емітера до колектора, то транзистор називають дрейфовим. якщо ж поле в базі відсутня - бездрейфовий. За принципом дії дрейфовий і бездрейфовий транзистори однакові. Відрізняються вони лише механізмом перенесення носіїв через базову область. У дрейфовому транзисторі швидкість носіїв в базі збільшується внаслідок дії дрейфового поля, що призводить до відмінностей в численних значеннях параметрів двох типів транзисторів.
Розглянемо типову структуру дрейфового транзистора, створюваного методом подвійного дифузії (рис.1.1). [1]
Структура дрейфового транзистора.
Нехай в якості вихідного матеріалу використовується напівпровідник р-типу з концентрацією домішки Na0. З поверхні напівпровідника відбувається дифузія акцепторної та донорної домішок, причому на поверхні Na> Nd. Будемо вважати, що дифузія домішок відбувається по простому закону [1].
Істотний вплив на результуючий розподіл домішок надає те, що коефіцієнт дифузії акцепторної домішки значно відрізняється від коефіцієнта дифузії донорної домішки. Тому, наприклад, в Німеччині концентрація акцепторної домішки швидше зменшується з відстанню вглиб напівпровідника, ніж концентрація донорної (рис.1.2, а). Для отримання більш ясної картини побудуємо на основі рис.1.2, а залежність різниці Na-Nd від x (рис. 1.2, б).
Розподіл домішок в дрейфовому транзисторі.
Тепер видно три області в напівпровіднику: р-типу (x<0, Na-Nd>0), п-типу (W> x> 0, Na-Nd<0), р-типа (x>W, Na-Nd> 0). Перша область може використовуватися в якості емітера транзистора, друга - в якості бази, третя - колектора. Зазвичай режим дифузії вибирається так, що Naе >> Ndб, ср >> Naк (Ndб, ср - середня концентрація домішок в базі). Тому наближено розподіл домішок можна зобразити у вигляді рис. 1.2, в.
Внаслідок нерівномірного розподілу домішок в базі (рис. 1.2, г) існують зустрічні дифузійні потоки електронів і дірок, які призводять до утворення електричного поля в базі. Освіта електричного поля можна пояснити наступним чином. Концентрація атомів донорної домішки в базі транзистора p-n-p-типу велика у емітера і мала у колектора. Так само розподіляється і концентрація вільних електронів, оскільки вільні електрони створюються внаслідок іонізації атомів донорної домішки. Частина вільних електронів від емітера йде до тієї частини області бази, яка розташована у колекторного переходу. Це переміщення створює надлишковий позитивний заряд іонів у емітерного і надлишковий негативний заряд електронів у колекторного переходу. Таким чином, створюються електричне поле і нахил енергетичних зон в базовій області (рис. 1.3). Електричне поле в базі направлено від емітера до колектора і, отже, сприяє руху дірок в цьому напрямку. [2]
Рис.1.3. дрейфовий транзистор
Особливості дрейфовий транзисторів. Як відомо [3], дифузійна технологія дозволяє отримати дуже тонку базу, що само по собі (навіть без урахування розподілу домішок) призводить до ряду важливих наслідків. А саме при інших рівних умовах істотно зменшується час дифузії tD і збільшується коефіцієнт передачі # 946 ;, оскільки ці параметра залежать від квадрата товщини бази [3]. Товщина бази у дрейфовий транзисторів в 5-10 разів менше, ніж у дифузійних, а тому час дифузії tD і постійна часу # 964; # 945 ;, виявляється менше в десятки разів; відповідно збільшується гранична частота f # 945 ;. коефіцієнт передачі # 946; з тих самих міркувань мав би доходити до 1 000 і більше. Насправді він значно менше і зазвичай не перевищує 100-200. Це пояснюється тим, що величини # 945; і # 946; залежать не тільки від товщини бази, але також від часу життя і коефіцієнта інжекції. У зв'язку з підвищеною концентрацією домішок поблизу емітера, а значить, малим питомим опором час життя в базі дрейфового транзистора значно менше, ніж у дифузійних транзисторів, а коефіцієнт інжекції більш помітно відрізняється від одиниці [3].
Тепер врахуємо нерівномірний розподіл домішок в базі на прикладі р-п-р транзистора (рис. 1.4, де lд - довжина дифузії донорів) і покажемо ті слідства, до яких призводить така нерівномірність.
Рис.1.4. Розподіл домішок в базі дрейфового транзистора.
Перш за все, очевидно, що шар бази, що прилягає до колекторного переходу, є майже власним напівпровідником, так як тут продіффундіровавшіе донорні атоми в значній мірі компенсують акцепторні атоми вихідного кристала. Отже, питомий опір цього шару бази велика і колекторний перехід виявляється досить широким. Відповідно ємність Ск виходить значно (майже на порядок) менший, ніж у дифузійних транзисторів, і становить кілька пикофарад. З цілком зрозумілих причин колекторний перехід є плавним, а не ступінчастим, і тому ємність Ск описується формулою [3].
де l ширина переходу.
У міру віддалення від колектора в глиб бази концентрація донорів зростає, а питомий опір зменшується. Результуючий опір бази можна розглядати як результат паралельного з'єднання окремих шарів бази, які мають однакову питому провідність. Оскільки неоднорідність бази є основою дрейфового механізму транзистора, концентрацію Nd (0) роблять досить великий; Nd (0) >> Na. до, де Na. до - концентрація акцепторів в вихідної платівці (рис.1.4). Очевидно, що опір rб визначається в основному тим ділянкою бази, який прилягає до емітерного переходу і має найбільшу питому провідність. Тому, незважаючи на значно меншу товщину бази W, величина rб у дрейфовий транзисторів приблизно така ж, як у дифузійних, і навіть менше.