Дрейфовые транзисторы

 

Транзисторы, которые изготовляются по планарной технологии путем диффузии примеси, имеют иной механизм переноса зарядов в базе. Известно, что при диффузии концентрация примеси спадает по глубине. В базовом слое концентрация примеси у эмиттера больше, чем концентрация у коллектора. При комнатной температуре вся примесь ионизована. Следовательно, около эмиттера создается нескомпенсированный заряд ионов. Свободные носители заряда, образующиеся при ионизации примеси, диффундируют в сторону меньших концентраций и скапливаются у коллекторного перехода. В базе образуется встроенное поле. В транзисторе n-p-n заряд ионов положительный. При прямом смещении эмиттерного перехода происходит инжекция электронов в базу. Далее они не диффундируют по базе, а подхватываются полем базы, то есть дрейфуют в поле базы и уносятся в коллектор. Таким образом, поле базы является тянущим для неосновных носителей заряда.

Влияние поля базы количественно характеризуется коэффициентом поля . В результате изменится коэффициент передачи тока эмиттера:

.

Для кремниевых транзисторов коэффициент поля равен 12, для германиевых 8.

Из-за того, что при изготовлении транзисторов диффузию приходится проводить дважды – для получения сначала коллекторного перехода, а потом эмиттерного с разницей концентраций в слоях в два порядка, а также с целью достижения больших значений коэффициента инжекции, в эмиттерную область загоняется предельно растворимое количество примеси. В результате получается очень тонкий эмиттерный переход и высокоомный слой коллектора. Следствием этого являются некоторые особенности дрейфовых транзисторов.

Во-первых, получается малое значение рабочего напряжения эмиттер-база. Из-за этого недопустимо инверсное включение транзистора, которое приводит к полевому, а затем, практически мгновенно, к тепловому пробою.

Во-вторых, в эквивалентных схемах необходимо учитывать объемное сопротивление слоя коллектора, которое на высоких частотах становится комплексным.

В-третьих уменьшается эффект Эрли. Если посмотреть на входные характеристики транзистора, то кривые семейства образуют более плотный пучок, чем диффузионные транзисторы, то есть, меньше коэффициент обратной связи по напряжению.

В-четвертых, из-за тянущего поля уменьшается число носителей, рекомбинирующих в базе. То есть уменьшается рекомбинационный ток базы и увеличивается коэффициент передачи тока эмиттера и т. о. .

В-пятых, так как носители быстрее пролетают базу, улучшаются частотные свойства транзистора.

В-шестых, из-за хорошей контролируемости процесса диффузии примесей (температура, время), можно получить транзисторы со сверхтонкой базой, а, следовательно, со сверхбольшими значениями и , или так называемые супербета-транзисторы.

В-седьмых, из-за большого сопротивления слоя коллектора практически исключен прокол базы.

В настоящее время существует множество других технологий получения p-n-переходов, дающих как равномерное, так и неравномерное распределение примесей в базе и, таким образом, диффузионный или дрейфовый механизмы переноса зарядов. Технологию изготовления переходов иногда указывают в справочниках по транзисторам.