 |
|
транзистора в режиме насыщения нормального и инверсного активных режимов
Режим работы транзистора в насыщении моделируется суперпозицией двух активных режимов в нормальном и инверсном включениях (рисунок 7.42).
Выразим токи эмиттера, коллектора и базы в режиме насыщения через токи коллектирования.
;
; (7.59)
.
Ток базы идет на поддержание инжекции из эмиттера и коллектора. Токи коллектирования связаны с напряжением соответствующего перехода.
Откуда следует:
Выразив 
из (7.59) и подставив в (7.60), получим:
(7.61)
При малых токах коллектора,
Отношение 
поэтому остаточное напряжение 
составляет десятки милливольт. В инверсном включении
При 
, остаточное напряжение составляет доли милливольта. Эта особенность инверсного включения используется в модуляторных ключах. Так как 
и 
зависят экстремально от токов коллектирования, а, следовательно, от тока базы, то и зависимость 
имеет экстремальный характер (рисунок 7.43).
 | |||
 | |||
Рисунок 7.43 - Зависимость 
Рисунок 7.44 - Распределение плотности тока
от тока базы инжекции коллектора в инверсном включении
Как следует из (7.61) для уменьшения 
необходимо увеличить инверсный коэффициент передачи тока базы или 
. Как и для нормального включения,
.
Так как площадь 
коллектора больше площади эмиттера 
, то при пролете базы теряется больше носителей. Кроме тока коллектирования эмиттера протекают токи рекомбинации в пассивном объеме и на поверхности квазинейтральной базы и ток рекомбинации на площади контактов базовой металлизации 
(рисунок 7.44)
. (7.62)
С целью увеличения коэффициента 
необходимо подлегировать область базовых контактов основной примесью для создания тормозящего поля за счет градиента примесей (ДНЗ), 
, и уменьшения рекомбинационных потерь на базовых контактах и поверхности квазинейтральной базы.
Эффективность коллектора у транзисторов со структурой 
или 
аналогична эффективности эмиттера. У транзисторов со структурой 
уровень легирования базы выше, чем у коллектора, и эффективность коллектора значительно ниже единицы. Поэтому величина коэффициента передачи тока базы у таких транзисторов может быть ниже единицы, 
. В некоторых применениях, например, модуляторных ключах, инжекционная интегральная логика 
и других инверсное включение является рабочим режимом и необходимо оптимизировать структуру транзистора для обеспечения на уровне 10 и более.
Рассмотрим эффективность коллектора транзистора со структурой , концентрационный профиль которого приведен на рисунке 7.45.
 |
Рисунок 7.45 - Концентрационный профиль эпитаксиально-планарного транзистора
При прямом смещении коллектора и обратном эмиттера выражение для 
имеет вид:
,
где 
– ток прямой инжекции (полезный);
– ток обратной инжекции.
В двухслойном коллекторе существует встроенное тормозящее поле, которое отражает поток дырок, т.е. 
контакт эквивалентен контакту с нулевой скоростью рекомбинации ( 
~ th 
). Природа тормозящего поля связана с градиентом концентрации примесей на границе . Электроны «скатываются» по градиенту 
; а ионы доноров неподвижны. Возникает двойной заряженный слой с полярностью тормозящего поля для дырок. Продолжив оценку эффективности, получаем:
. (7.63)
В (7.63) значения гиперболических функций заменены аргументами ( 
). Таким образом, даже для условий 
можно получить приемлемую эффективность коллектора, обеспечив необходимое время жизни дырок в коллекторе 
. Для повышения коэффициента переноса (7.62) при полосковой топологии эмиттера целесообразно уменьшать расстояние между полосками эмиттера (гребенка) и ширину полоски базового контакта и формировать базу методом диффузии примесей с максимально допустимой поверхностной концентрацией 
(рисунок 7.45), что обеспечит увеличение тормозящего поля в пассивной базе.