Распределение концентраций дырок в базе

Распределение концентраций дырок в базе можно определить приближенным соотношением:

. (6.34)

Таким образом, что концентраций дырок в базе линейно меняется с расстоянием

На рис. 6.7 показано распределение концентраций основных и неосновных носителей в транзисторе. Изменение концентраций основных носителей много меньше их равновесного значения, поэтому можно считать, что концентрация основных носителей в каждой из областей транзистора постоянна.

Рис. 6.7. Распределение концентраций основных и неосновных носителей в транзисторе при нормальном смещении

Распределение токов основных и неосновных носителей показано на рис. 6.8. Токи основных носителей построены на основании следующих соображений. В области эмиттера протекает независящий от координаты ток Iэ, равный сумме токов основных и неосновных носителей. Так как ток неосновных носителей Inэ(x) уменьшается по мере удаления от перехода, то ток основных носителей Ipэ(x) должен возрастать. Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что процесс переноса носителей через базу – диффузионный, зависящий от градиента концентрации носителей.

Рис. 6.8. Распределение токов в транзисторе при нормальном смещении

Продиффундировавшие через базу без рекомбинации носители попадают в электрическое поле обратносмещенного коллекторного pn-перехода и экстрагируются из базы в коллектор.

Аналогичные рассуждения можно привести и для p-коллектора, в котором протекает постоянный по длине ток коллектора. Разница состоит только в том, что ток IК меньше тока эмиттера. В активном режиме работы, когда транзистор усиливает входной сигнал, коллекторный переход смещен в обратном направлении. Он "собирает" инжектированные носители, прошедшие через слой базы.

Поток электронов, образующих ток I не проходит через коллекторную цепь и не способствует усилению сигнала, поэтому его стремятся сделать как можно меньше. Для этого степень легирования эмиттера задают значительно выше, чем степень легирования базы, тогда инжекционный ток из эмиттера в базу значительно выше инжекционного тока базы в эмиттер.

В процессе диффузии через базу инжектированные неосновные носители (дырки) рекомбинируют с основными носителями в базе (электронами). Для восполнения прорекомбинированных основных носителей в базе через внешний контакт должно подойти такое же количество носителей. Поток электронов создается электронами, поступающими из внешней цепи в базу для восполнения потери электронов из-за их рекомбинации с дырками. Таким образом, ток базы это рекомбинационный ток. Ток во внешнем контакте базы мал, так как при I®0 он лишь восполняет концентрацию прорекомбинировавших в базе неосновных носителей заряда.

Коллекторный ток Iк состоит из тока носителей заряда, инжектированных эмиттером aIэ, и теплового тока утечки коллекторного перехода IКБ0 (индекс «Б» от режима ОБ). Запишем основные уравнения, характеризующие соотношения между токами транзистора:

, IБ = IЭ – IК = IЭ – αIЭ = IЭ(1-α) – IКБ0   (6.34)

Ток базы IБ транзистора будет состоять из трех компонент, включающих электронный ток в эмиттерном переходе , рекомбинационный ток в базе и тепловой ток коллектора IКБ0.

Тепловой ток коллектора при включении по схеме ОБ IКБ0 имеет две составляющие: , где Is - тепловой ток, Ig - ток генерацииколлекторного pn-перехода. Ток IКБ0 - ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Таким образом, в биполярном транзисторе реализуются четыре физических процесса:

· инжекция из эмиттера в базу;

· диффузия через базу;

· рекомбинация в базе;

· экстракция из базы в коллектор.