Главная | Обратная связь

Распределение концентрации носителей заряда в структуре транзистора

В общем случае распределение концентрации носителей заряда в структуре транзистора находится из уравнения непрерывности, как это было показано ранее для отдельного p-n перехода с ограниченной базой. В отличие от отдельного p-n перехода транзистор представляет собой два связанных по току p-n перехода с ограниченной базой, один из которых смещён в прямом направлении, а второй – в обратном, но результирующее распределение концентрации носителей в базе и токов электронов и дырок может быть представлено суперпозицией двух режимов.

На рисунке 7.5 приведено распределение логарифма концентрации основных и неосновных носителей заряда в нейтральном состоянии (без смещения). На рисунке 7.6 представлено распределение неосновных носителей заряда в линейном масштабе в усилительном режиме. Распределение основных носителей заряда не изменяется, так как мы рассматриваем случай малых уровней инжекции.

Коллекторный переход для прямосмещённого эмиттера служит контактом со скоростью рекомбинации, близкой к бесконечности, аналогично идеальному омическому контакту, так как поле обратносмещенного коллектора экстрагирует неосновные носители заряда. Инерционность экстракции определяется временем дрейфа носителей через толщину ОПЗ коллекторного p-n перехода (d_с), порядка 10^–11с. С другой стороны, эмиттерный переход является контактом со скоростью генерации, близкой к бесконечности, для обратносмещённого коллекторного p-n перехода. Нарушение нейтральности базы за счёт экстракции дырок на границе ОПЗ коллектора нейтрализуется инжекцией из сильнолегированного эмиттера (генерация на контакте).

В соответствии с граничными условиями малых уровней инжекции (условие Шокли):

; ;

(7.6)

; .

Распределение неравновесных дырок в базе определяется суперпозицией инжекции из эмиттера и тепловой генерации и экстракции обратносмещенным коллектором

(7.7)

.

Инжекция из эмиттера создаёт избыточную концентрацию DР_В1 и полезный ток коллектора. Экстракция генерированных теплом дырок в базе DР_В2 создаёт компоненту неуправляемого обратного тока коллектора.

Энергетические диаграммы транзистора p-n-p типа для равновесных условий и режима усиления приведены на рисунке 7.7.

Прямое смещение эмиттера снижает барьер эмиттера (Ф_0Е – qU_E). Величина смещения эмиттера соответствует разности квазиуровней Ферми в эмиттерном переходе: . Величина коллекторного барьера увеличилась на значение приложенного обратного смещения: Ф_0С + qU_С. Разница между квазиуровнями в коллекторном переходе соответствует коллекторному смещению . Неравновесная концентрация дырок в базе отражается более близком к E_V расположением квазиуровня дырок F_pB. Аналогично избыточная концентрация электронов в р-эмиттере отражена квазиуровнем F_nE. Экстракция электронов из коллектора отражена удалением F_n от зоны проводимости Е_С коллектора, а экстракция дырок из базы соответственно удалением квазиуровня F_p от E_V базы. Знак минус для j_nE и j_nC отражает противоположное направление тока потоку электронов.

 

 

p n p -j_nC E_C

 

E_C F

 

-j_nE E_V

F_p F_n qU_C

F

qU_E Ф_0C+U_C

Ф_0E E_V

Ф_0C Ф_0E-qU_E j_pC

++++

+++

J_pE ++

а) + б)

Рисунок 7.7 - Энергетические диаграммы транзистора:

а) нейтральное состояние; б) усилительный режим