3.2.Влияние режимоВ работы на параметры транзистороВ

заВисимость h_21б от тока эмиттера. при рассмотрении этой заВисимости (рис. 3.2,а) Видно, что на начальном участке (Вблизи 0) концентрация инжектируемых эмит­тером носителей мала и большая часть их рекомбинирует В области эмиттерного перехода. соотВетстВенно эффектиВность эмиттера ? неВелика, мало и h_21б. это ха­рактерно для кремниеВых транзистороВ, где ВследстВие  малого значения n_I токи генерации-рекомбинации су­щестВенны). с ростом тока эмиттера инжекционный ток (~ехр qV/kt) растет быстрее рекомбинационного

(~ехр qV/2kt) и  ?  уВеличиВается.

с дальнейшим уВеличением тока эмиттера происхо­дит рост h_21б по следующей причине. при инжекции ды­рок В базу p—n—р-транзистора для сохранения электро­нейтральности через ВыВод базы Входит такое же коли­честВо электроноВ. распределение электроноВ поВторяет распределение дырок (рис. 3.1,В) так же, как это проис­ходит В базе диода. нераВноВесные электроны не могут диффундироВать под дейстВием градиента концентрации от эмиттера к коллектору, так как из эмиттера нет при­тока электроноВ и нарушится электронейтральность ба­зы Вблизи эмиттера.

    ВследстВие того, что ток электроноВ раВен нулю, су­щестВует электрическое поле, препятстВующее диффу­зии электроноВ. электрическое

рис. 3.2. заВисимость h_21б от тока эмиттера (а), от напряжения на коллекторе (б) и изменение концентрации носителей В базе (В) при изменении V_к (I_э=const)

 

поле В   базе ускоряет дВижение дырок к коллектору. по этой причине эффектиВный коэффициент диффузии дырок при Высоких уроВнях инжекции удВаиВается. таким образом, с уВеличением I_э скорость диффузии дырок че­рез базу растет, что приВодит к уменьшению объемной и поВерхностной рекомбинации, а соотВетстВенно к уВе­личению коэффициента переноса и росту h_21б.

    при более Высоких токах эмиттера Возникают про­тиВодейстВующие яВления. Во-перВых, уВеличение кон­центрации электроноВ В базе (Входящих для компенсации заряда дырок) приВодит к росту инжекционного то­ка электроноВ из базы В эмиттер, т. е. к уменьшению эффектиВности эмиттера. Во-Вторых, с ростом концен­трации инжектироВанных дырок может уменьшаться их Время жизни, что приВодит к уменьшению коэффициента переноса (эта причина не определяющая, так как ? может и уВеличиВаться).

ВследстВие этих причин заВисимость h_21б(I_э) (рис. 3.2,а) имеет максимум. рост h_21б на начальном участке объясняется уВеличением ? за счет более бы­строго Возрастания инжекционного тока эмиттера по сраВнению с рекомбинационным. затем h_21б растет из-за уВеличения коэффициента переноса ? за счет уВеличения коэффициента диффузии. причиной последующего уменьшения h_21б яВляется уменьшение ? (рост электрон­ной состаВляющей I_э).

чтобы поВысить ток эмиттера В мощных транзисторах, значи­тельно уВеличиВают его площадь.

Влияние коллекторного напряжения на работу тран­зистора. поскольку коллекторный p-n-переход Включен В обратном напраВлении, то с ростом V_k происходит расширение области объемного заряда перехода. как отмечалось Выше, для получения ??1не­обходимо брать материал базы с малой концентрацией осноВных носителей. поэтому расширение коллекторного p-n-перехода происходит В область базы и ширина базы уменьшается. это приВодит к росту h_21б с уВеличением V_k.

эффект изменения ширины базы под дейстВием V_k имеет не только положительное (рост h_21б), но и отри­цательное значение. если, например, транзистор рабо­тает В режиме постоянного тока эмиттера (I_э=const), то при изменении ширины базы под дейстВием V_k градиент концентрации инжектироВанных носителей должен остаВаться постоянным, так как I_э пропорционален градиенту концентрации дырок. поэтому умень­шение w приВодит к уменьшению концентрации инжек­тироВанных носителей на границе база — эмиттер (рис. 3.2,В, V''>V'_k), а это экВиВалентно уменьшению напряжения на эмиттерном p-n-переходе. та­ким образом, налицо обратная сВязь между напряжени­ем на коллекторе и напряжением на эмиттере, а именно, уВеличение напряжения на коллекторе приВодит к уменьшению напряжения на эмиттерном p-n-перехо­де. ВследстВие этого Выходной сигнал также уменьша­ется, т. е. уменьшается усиление транзистора.

итак, можно отметить дВа нежелательных эффекта, пояВляющихся при больших I_э и V_k: уменьшение ? с ростом I_э и наличие обратной сВязи между V_k и Входным сигналом. причиной обоих эффектоВ яВляется малая концентрация осноВных носителей В базе, кото­рую нельзя уВеличиВать, так как при этом уменьшит­ся ?.

      оба этих эффекта могут быть устранены В конструкции тран­зистора с гетеропереходом В качестВе эмиттера. один из ВариантоВ энергетической диаграммы такой структуры показан на рис. 3.3. ВследстВие того, что В качестВе эмиттера используется материал с большей шириной запрещенной зоны, чем базы, потенциальный барьер для дырок значительно больше, чем для электроноВ. это позВоляет осущестВлять практически одностороннюю инжекцию электроноВ В базу при любых токах эмиттера. следоВатель­но, ? при больших I_э  не уменьшается.

       если В обычном транзисторе для получения ??1  необходимо область эмиттера легироВать примесью значительно сильнее, чем область базы, то В транзисторе с гетероэмиттером можно получить ??1 и при обратном соотношении. поэтому область базы В таком транзисторе может быть легироВана значительно сильнее, чем об­ласти эмиттера и коллектора. с ростом напряжения на коллекторе область объемного заряда расширяется В слаболегироВанную об­ласть, т. е. В данном случае В область коллектора. следоВательно, ширина базы не изменяется при изменении и обратная сВязь между Входом и Выходом отсутстВует. если разрыВ энергии В зоне проВодимости больше ширины запрещенной зоны полупроВодника базы, то инжектироВанные В базу электроны могут отдаВать избы­точную энергию электронам Валентной зоны и переВодить их В зону проВодимости (рис. 3.3), т. е. происходит умножение числа инжек­тироВанных носителей. В этом случае коэффициент передачи тока h_21б может быть больше единицы, В чем еще одно преимущестВо транзистора с гетеропереходом В качестВе эмиттера.

 

                                

рис. 3.3. энергетическая диаграмма n—p—n-транзистора с гетероперехо­дом при рабочих смеще­ниях

 

перВые образцы дейстВующих транзистороВ с гетероэмиттером уже полу­чены, и изложенные Выше соображения, В общем проВерены. однако на пути их Внедрения В, произВодстВо стоят значи­тельные технологические трудности. осноВной проблемой яВляется создание бездефектной границы раздела В гете­ропереходе, так как на дефектах проис­ходит значительная рекомбинация ин­жектироВанных носителей и ? уменьша­ется.