4 Вывод

В результате исследования параметров БТ было получено, что при всех предложенных изменениях его параметры значительно ухудшаются. Среди всех предложенных изменений, небольшое улучшение достигается только увеличением концентрации примеси в эмиттере.

Улучшения параметров транзистора можно добиться, осуществляя изменения, прямо противоположные предложенным – уменьшая легирование базы N_Б, либо уменьшить её толщину w и повышая неоднородность легирования η.

5 Контрольные вопросы

1. Изобразить n-p-n БТ в схеме с общей базой с указанием полярности напряжений и направления токов.

Npn-БТ в схеме с общей базой изображён на рисунке ниже представленном рисунке 3.

Рисунок 3 – Npn-БТ

2. Изобразить p-n-р БТ в схеме с общей базой с указанием полярности напряжений и направления токов

Pnp-БТ в схеме с общей базой изображён на рисунке 4.

Рисунок 4 - Pnp-БТ

После рекомбинации электрона и дырки они исчезают из соответствующих зон. В результате образуются не скомпенсированные ионы примеси.

3. Пояснить физические процессы в БТ в схеме ОБ в активном режиме.

Активный режим создаётся двумя внешними напряжениями: UЭБ – входное напряжение, прямое для эмиттерного перехода и UКБ – выходное напряжение, обратное для коллекторного перехода.

В открытом ЭП, благодаря прямому напряжению, понижается потенциальный барьер и поэтому протекает большой диффузионный ток основных носителей I_Э. При этом I_Э имеет электронную I_Эn и дырочную I_Эp составляющие, так как концентрация свободных электронов в эмиттере на несколько порядков больше, чем дырок в базе, I_Эn >> I_Эp. В ЭП протекает односторонний ток свободных электронов в базу - инжекция. Свободные электроны в базе - неосновные носители, поэтому в базе возникает градиент концентрации dn/dw и неосновные носители диффундируют к КП (диффузионный транзистор). КП заперт напряжением U_КБ и его электрическое поле для неосновных носителей – ускоряющее. Поэтому его носители извлекаются из базы в коллектор (экстракция). Появляется полезный выходной ток I_К. Так как база тонкая и слаболегированная, при продвижении неосновных носителей через базу только небольшая их часть рекомбинирует с основными носителями базы (не более 1…2%). Рекомбинация в базе несколько уменьшает концентрацию её основных носителей — дырок. Электрическая нейтральность базы нарушается, в ней образуется отрицательный заряд некомпенсированных ионов акцепторной примеси. Этот заряд создаёт рекомбинационный ток в выводе базы I_БРЕК. При разорванной цепи эмиттера тока в ЭП при этом нет, но в КП протекает небольшой по величине обратный ток коллектора I_КБ0, создаваемый обратным напряжением U_КБ.

В активном режиме в БТ действительны следующие соотношения токов:

I_Э = I_К + I_Б (закон Кирхгофа для БТ, рассматриваемого как узел цепи)

I_Б = I_БРЕК – I_КБ0

I_К = α I_Э + _IКБ0

4. Как и почему на свойства БТ влияет степень легирования эмиттера?

Ответ:

Повышение степени легирования эмиттера приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны, увеличению собственной концентрации свободных носителей заряда в эмиттере, понижению времени жизни и, как следствие, к снижению величины коэффициента инжекции эмиттера, а, следовательно, и коэффициента усиления по току. Высокая концентрация электронов в эмиттере заставляет больше электронов диффундировать в базу. Более низкая концентрация легирующей примеси в базе означает, что меньшее количество дырок диффундирует в эмиттер, которые могли бы увеличить ток базы.

4. Как и почему на свойства БТ влияет степень легирования эмиттера?

Увеличение концентрации примеси в эмиттере увеличивает коэффициент инжекции, уменьшая рекомбинацию в базе.

Данный коэффициент определяется при помощи формулы:

5. Как и почему на свойства БТ влияет степень легирования базы?

Уменьшение легирования базы уменьшает рекомбинацию, увеличивая коэффициент переноса κ, а вместе с ним и коэффициенты передачи тока в схеме ОБ α и ОК β.

6. Как и почему на свойства БТ влияет толщина базы?

Уменьшение толщины базы также уменьшает рекомбинацию и время пролёта, улучшая частотные свойства. Коэффициент переноса κ, и граничная частота в схеме с ОБ fα рассчитываются по формулам:

, где ДБ – Диффузионная длина неосновных носителей заряда в базе и , где τ_пр – Время пролёта базы неосновными носителями

7. Что такое инжекция, экстракция и рекомбинация в базе?

Инжекция – практически односторонний ток электронов в npn-транзисторах или дырок в pnp-транзисторах из эмиттера в базу, обусловленный прямым смещением эмиттерного перехода.

Экстракция – извлечение основных носителей для данной области под действием обратного напряжения. Экстракция происходит из промежуточной области в выходную (чаще всего из базы в коллектор в схеме с общим эмиттером).

Рекомбинация – взаимная нейтрализация части поступающих их эмиттера носителей заряда с носителями противоположных зарядов в базовой области.