Дрейфовая подвижность

Диффузионный метод изготовления транзисторов и его разновидности основаны на различии скоростей диффузии донорных и акцепторных примесей в исходный кристалл полупроводника. Например, при одинаковых условиях скорость диффузии сурьмы почти в 10 раз выше, чем галлия. К достоинствам этих методов относится возможность изготовления дрейфовых транзисторов с неравномерным распределением концентрации примесей в базе. Область применения диффузионных транзисторов ограничена низковольтными устройствами высокой и сверхвысокой частоты.

Применение дрейфовых транзисторов привело к резкому возрастанию величины -?f- во время лавинообразного процесса. В такой ситуации Ls и межвитковые емкости создают высокочастотные затухающие колебания на вершинах импульсов и перенапряжение на переходе коллектор—эмиттер транзистора.

несимметричных транзисторов ти < тб; обычно тн « 0,7 тб; для дрейфовых транзисторов тн > тб.

- — Для Дрейфовых транзисторов.

CKi21/ «к-б 1 /?к — Для диффузионных транзисторов, ч }^ик-б 1 /?к — Для дрейфовых транзисторов.

Изменение условий на переходах. В активном режиме работы транзистора при больших токах могут измениться условия на коллекторном переходе. Это связано (см. § 1.10) с насыщением дрейфовой скорости движения носителей. При этом концентрацию носителей в базе у коллектора нельзя считать равной нулю, как это было сделано в § 4.3, — ее значение стремится к /крЛ^ртах)- Такое явление влечет за собой перераспределение носителей в базе. Если для бездрейфовых транзисторов из-за значительного градиента концентрации носителей во всей базе и обычно не очень больших плотностей токов влиянием такого перераспределения можно пренебречь, то для дрейфовых транзисторов оно может быть существенным.

Если коллекторный переход резкий, как обычно у бездрейфовых транзисторов, и область коллектора легирована очень сильно (сплавной переход), то при больших токах изменяется практически только толщина области базы ( 4.9,6). Когда коллекторный переход плавный (дрейфовый транзистор), изменение ширины базы сопровождается сдвигом обеих границ области

Полученные результаты показывают, что для дрейфовых транзисторов диффузионное сопротивление базы меньше, чем для

Из выражения (4.128) следует, что а>„и — частота, на которой модуль коэффициента переноса уменьшается в д/2 раз по сравнению с низкочастотным значением. Значения коэффициента т„ зависят от распределения примесей в базе и обычно лежат в пределах от 0,22 для бездрейфовых до 0,6—0,9 для дрейфовых транзисторов.

Влияние различных процессов на частотные свойства реального транзистора зависит от его конструкции и режима работы. Так, для бездрейфовых транзисторов характерно, что время пролета носителей через базу преобладает над всеми другими постоянными времени.

Для дрейфовых транзисторов существенную роль играет постоянная времени цепи эмиттера, особенно при малых токах.

К параметрам неравновесных носителей заряда относятся время жизни, амбиполярная дрейфовая подвижность, амбиполярный коэффициент диффузии, диффузионная длина и скорость поверхностной рекомбинации.

— амбиполярная дрейфовая подвижность носителей заряда. В выражениях (3.8), (3.9) использовано соотношение Эйнштейна

Коэффициенты D и ц характеризуют движение совокупности неравновесных носителей заряда в условиях электронейтральности. В частном случае примесного полупроводника коэффициент амбиполярной диффузии равен коэффициенту Д1ффузии неосновных носителей заряда, а амбиполярная дрейфовая подвижность совпадает с подвижностью неосновных носителей заряда. Поэтому уравнение непрерывности в виде (3.7) всегда написывают для неосновных носителей заряда.

Дрейфовая подвижность, 3900 1500 8500

Однако зависимость у(Г) часто обусловлена не экспоненциальным ростом концентрации носителей, как в полупроводниках: п ~ exp(-W/kT), а ростом подвижности: ц ~ exp(-W/kT). Это связано с тем, что дрейфовая подвижность ионов мала и осуществляется путем их перескока с ловушки на ловушку, разделенных потенциальным барьером Wp (так называемая «прыжковая» электропроводность). Вероятность таких тепловых перескоков прямо пропорциональна exp(-W/kT).

Здесь рп.т= \/(qep[i), где qe заряд электрона, К; ц дрейфовая подвижность носителей заряда, см2/(В-с); р — концентрация примесей, атом/см3.

Электронно-дырочное рассеяние, т. е. рассеяние движущихся электронов на дырках, и наоборот, рассеяние дырок на электронах, имеет много общего с рассеянием носителей на ионах примеси. Рассеяние происходит под действием кулоновских сил. Пороговая концентрация начала электронно-дырочного рассеяния также порядка 1015см~3. Однако имеются и отличия. В заданном электрическом поле электроны и дырки движутся навстречу друг другу. Их эффективные массы соизмеримы между собой. Поэтому дрейфовый поток электронов сильно «тормозится» дрейфовым потоком дырок и дрейфовая подвижность сильно уменьшается с ростом концентрации носителей заряда. В то же время влияние электронно-дырочного рассеяния на коэффициенты диффузии электронов и дырок слабое. В большинстве полупроводниковых приборов возникают условия, при которых в большей части прибора избыточные концентрации An «Ар. Диффузионные потоки дырок и электронов направлены в одну и ту же сторону, что приводит к перераспределению направленного импульса между этими носителями, но не к его затуханию. Перераспределение им-

Дрейфовая подвижность электронов и дырок, см2/(ВХ Хс):

Здесь pn,T=\/{qepn), где qe -заряд электрона, К; \х — дрейфовая подвижность носителей заряда, см2/(Вс); р — концентрация примесей, атом/см3.

где 10 — дрейфовая подвижность НЗ; U — внешнее напряжение.

Дрейфовая подвижность дырок, оцененная по идеальному закону,