Материал: LS-Sb89566

Поскольку fгр = ωα 2π, для оценки толщины активной части базы можно воспользоваться соотношением

Рассмотрение работы транзистора в активном режиме проводят на основе одномерной идеализированной теоретической модели [4]. Коэффициент передачи тока эмиттера α можно представить в виде произведения [2]: α = γαпM , где γ – коэффициент эффективности эмиттера, αп – коэффициент переноса неосновных носителей через базу, М – коэффициент лавинного умножения носителей в коллекторном переходе.

Коэффициент эффективности эмиттера показывает долю тока инжекции неосновных носителей в базу в полном токе через эмиттерный переход. Поскольку концентрация примесей в эмиттере на несколько порядков больше, чем в базе, на практике значение γ мало отличается от единицы и для инженерных расчетов можно полагать γ = 1. Если транзистор работает при относительно малом коллекторном напряжении, так что UКБ < UК проб , можно

считать М = 1.

Коэффициент переноса αп характеризует рекомбинационные потери неосновных носителей в базе. Объёмные потери учитываются выражением, полученным для одномерной идеализированной модели транзистора на постоянном токе:

С учетом рекомбинации на поверхности базы коэффициент переноса может быть записан в виде [4]:

Скорость поверхностной рекомбинации s определяется материалом транзистора и технологией обработки поверхности. В германиевых транзисторах типичные значения s лежат в диапазоне от 50 до 500 см/с, в кремниевых – от 20 до 2000 см/с. В формуле (2) Sр – эффективная площадь поверхностной рекомбинации. Для сплавного транзистора принято считать [4], что Sp определяется площадью полосы, прилегающей к эмиттеру, шириной по-

- 12 -

рядка толщины пассивной части базы wп = w + wЭ , поэтому

условия swп ≤ 0, 2DБН . При заданном значении s толщину базовой пластины следует выбирать так, чтобы данное условие выполнялось, учитывая при этом, что глубины вплавления эмиттера и коллектора одинаковы: wЭ = wK . Используя выражение для коэффициента αп (2), следует оценить толщину базы w, исходя из определенного заданием коэффициента передачи тока базы

Используя выражение для эффективной площади рекомбинации (3), коэффициент переноса αп с учётом (2) можем записать в виде

решая которое определим толщину активной части базы:

тивной части базы так, чтобы она согласовывалась с результатами выполненной ранее оценки w по значению граничной частоты.

Теперь следует выбрать толщину активной части базы так, чтобы граничная частота fгр и параметр h21Э были не меньше, чем их значения, ука-

занные в задании. Поэтому w выбирают наименьшей из двух значений, полученных при данных оценках.

При выборе толщины активной части базы необходимо иметь в виду, что со стороны малых значений w также ограничена. В сплавных транзисто-

- 13 -

рах со слаболегированной базой возможно смыкание эмиттерного и коллекторного переходов, причём толщина коллекторного перехода простирается на всю толщину активной части базы. Поэтому при напряжении на коллекторе, равном напряжению смыкания переходов Uсмк , можно записать приближенное соотношение [3]

Uсмк » w2qNБ ,

2eпe0

где q = 1,6×10–19 Кл – заряд электрона, εп – диэлектрическая проницаемость полупроводника, e0 = 8,85×10–14 Ф/см.

Толщину активной части базы выбирают таким образом, чтобы напряжение смыкания переходов было несколько больше максимально допустимого напряжения на коллекторном переходе UКБmax :

При выборе толщины активной части базы сплавного транзистора следует также иметь в виду, что изготовление транзистора с толщиной активной части базы менее 20 мкм является трудновыполнимой технологической задачей.

После того как окончательный выбор толщины активной части базы w сделан, следует уточнить соответствующие выбранному значению w граничную частоту fгр по формуле (1) и коэффициент передачи тока базы h21Э по формулам (4), (5). Уточненные значения fгр и h21Э следует использовать для дальнейших расчетов.

Построение зонных энергетических диаграмм

Для построения зонных энергетических диаграмм проектируемой транзисторной структуры необходимо рассчитать контактную разность потенциалов любого из р–n -переходов транзистора:

ϕк = kT ln N A ND . q ni2

Ширина слоя объемного заряда резко несимметричного р–n -перехода при

- 14 -

подаче на него напряжения U определяется выражением

qNБ

Глубина залегания уровня Ферми ЕF по отношению к середине запрещенной зоны Ei базового полупроводника биполярного транзистора может быть рассчитана по одной из формул:

Ei − EF = kT

для полупроводника n-типа.

При заданном токе эмиттера напряжение на эмиттерном переходе можно оценить из соотношения [4]:

Расчет элементов физической эквивалентной схемы

Свойства транзистора – усилителя малого переменного сигнала в заданном режиме по постоянному току принято описывать с помощью физической эквивалентной схемы. Расчет параметров эквивалентной схемы проводят на основе анализа основных физических процессов, происходящих в транзисторе, с учетом схемы его включения. Будем рассматривать эквивалентную схему транзистора, включенного по схеме с общей базой и работающего в активном режиме.

Физическая эквивалентная схема транзистора в соответствии с идеализированной моделью [4] состоит всего из двух элементов, основным из которых является генератор тока αɺIɺЭ . Он отражает перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную и усилительные свойства транзистора. Параллельно ге-