Структура биполярного транзистора

Лекция № 11.

Перечень рекомендуемой литературы.

Тема: Биполярный транзистор.

Содержание:

1. Структура биполярного транзистора

2. Схемы включения транзистора

3. Конструкции биполярных транзисторов в микроэлектронике

Биполярный транзистор — электронный прибор с тремя чередующимися полупроводниковыми областями электронного (п) или дырочного (р) типа проводимости, в котором протекание тока обусловлено носителями заряда обоих знаков.

В основе работы биполярного транзистора лежат физические явления диффузии вследствие градиента концентрации и дрейфа носителей вследствие градиента электрического потенциала. Полный ток носителей состоит из диффузионной и дрейфовой составляющих.

По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»).

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Транзисторы на основе арсенида галлия используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах высокочастотных усилителей.

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых слоёв: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие невыпрямляющие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и слаболегирована, поэтому имеет большое омическое сопротивление. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам — большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность захвата неосновных носителей заряда из базы в коллектор и, так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, что увеличивает тепловыделение, способствует отводу тепла от коллектора), поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (нецелесообразно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате аналогичный исходному биполярный транзистор — инверсное включение).

В активном режиме работы транзистора эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Эмиттерная область легирована достаточно сильно, так, чтобы выполнялось условие р»п, где р, — концентрация дырок в эмиттере, п концентрация электронов в базе. В этом случае основные носители эмиттернои области дырки, вследствие градиента концентрации диффундируют в базу, где они являются неосновными носителями.

Этот процесс перехода дырок в базовую область называется инжекцией.

Количественно процесс инжекции характеризуется коэффициентом инжекции:

В области базы инжектированные дырки перемещаются к коллекторному переходу под действием градиента концентрации (диффузионный ток). В процессе диффузии они рекомбинируют с электронами (основными носителями в области базы).

Достигнув области коллектора, дырки дрейфуют под действием градиента внешнего отрицательного электрического поля и втягиваются в коллектор. Этот процесс называется экстракцией (извлечением) зарядов. Сквозь коллекторный переход протекает ток, который равен:

Полный ток в цепи коллектора равен:

Чтобы увеличить коэффициент передачи по току область базы делают тонкой. Площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода.

Дата добавления: 2014-01-07