Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе

Рассмотрим основные физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе p-n-pтипа (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Токи в бездрейфовом биполярном транзисторе p-n-pтипа при нормальном активном режиме

Режим работы транзистора, когда к эмиттерному p-n-переходу приложено прямое напряжение и он открыт, а к коллекторному – обратное и он закрыт, называют нормальным активным режимом (НАР).

В нормальном активном режиме под действием прямого напряжения (или ) эмиттер инжектирует в базу носители заряда. Процесс инжектирования заключается в следующем:

1) дырки, существующие в области эмиттера, под действием внешнего напряжения , приложенного к p-n-переходу ЭБ, начинают двигаться от эмиттера к базе (от положительного электрода источника постоянного напряжения к отрицательному), создавая ток. Положительное направление этого электрического тока совпадает с направлением движения дырок,

2) свободные электроны, существующие в области базы, под действием того же напряжения , начинают двигаться от базы к эмиттеру (от отрицательного электрода источника постоянного напряжения к положительному), создавая ток. Положительное направление электрического тока электронов в области базы противоположно направлению движения электронов.

Непосредственно в p-n-переходе ЭБ (обеднённый слой на границе полупроводников с разным типом проводимости) имеет место рекомбинация тех дырок и электронов, энергия которых недостаточна для преодоления потенциального барьера этого перехода (рис. 6.3). Этот процесс образует первую составляющую полного тока рекомбинации базы .

Дырки, прошедшие из эмиттера в базу через переход ЭБ, повышают концентрацию дырок в базе вблизи границы эмиттерного перехода. Это приводит к появлению градиента концентрации неосновных носителей базы по ширине базы. Поэтому возникает диффузионное движение дырок поперёк базы к переходу БК (рис. 6.2, рис. 6.3). Часть дырок может рекомбинировать в базе со свободными электронами базы, создавая второй ток рекомбинации . Оставшаяся часть дырок, достигнув перехода БК и преодолев его, попадает в область коллектора и образует составляющую коллекторного тока (рис. 6.3). Этот ток является полезным током транзистора и, чем он больше, тем лучше.

Прямой ток эмиттерного перехода в этом случае будет равен

Здесь и − инжекционные токи дырок и электронов соответственно. Относительный вклад тока рекомбинации в ток эмиттерного перехода тем больше, чем меньше инжекционные токи.

Так как при диффузионном движении носителей заряда имеет место отклонение от прямолинейности, то площадь коллекторного перехода должна быть большой, чтобы собирать отклонившиеся дырки и тем самым увеличивать полезную составляющую коллекторного тока.

Чтобы уменьшить ток рекомбинации в базе, нужно ширину базы (размер поперечного сечения) сделать меньше диффузионной длины дырок в базе и уменьшить в базе концентрацию донорных атомов.

Для количественной оценки свойств эмиттерного перехода и величины потерь дырочного тока в базе введены понятия коэффициента инжекции эмиттера и коэффициента переноса базы.

Коэффициент инжекции эмиттера

показывает, какую долю в полном токе эмиттера составляет полезный компонент.

Коэффициент переноса базы

показывает, какая часть тока дырок, инжектированных из эмиттера в базу, подходит к коллекторному переходу.

Доказано, что имеется приближённое соотношение