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 I_э, равный сумме токов основных и неосновных носителей. Так как ток неосновных носителей I_nэ(x) уменьшается по мере удаления от перехода, то ток основных носителей I_pэ(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 I_К 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_nЭ 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_nЭ®0 он лишь восполняет концентрацию прорекомбинировавших в базе неосновных носителей заряда.

Коллекторный ток I_к состоит из тока носителей заряда, инжектированных эмиттером aI_э, и теплового тока утечки коллекторного перехода I_КБ0 (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 I_Б транзистора будет состоять из трех компонент, включающих электронный ток в эмиттерном переходе , рекомбинационный ток в базе и тепловой ток коллектора I_КБ0.

Тепловой ток коллектора при включении по схеме ОБ I_КБ0 имеет две составляющие: , где I_s - тепловой ток, I_g - ток генерацииколлекторного pn-перехода. Ток I_КБ0 - 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.