Электронно дырочного

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами проводимости. Эти области разделяются электронно-дырочными переходами ( 6.1). Средняя область называется базой, крайние — эмиттером

Одним из важных параметров полупроводниковых приборов с электронно-дырочными переходами является допустимое обратное напряжение f/ogpmax, при котором сохраняется свойство односторонней электропроводности. Превышение величины обратного напряжения может привести к необратимому тепловому пробою электронно-дырочного перехода и, следовательно, к выходу из строя полупроводникового прибора.

Переключающий диод ( 3.21, а) имеет сложную р-п-р-я-струк-туру с тремя электронно-дырочными переходами.

Транзистор укрепляют в кристаллодержателе и помещают в герметизированном металлическом корпусе / ( 3.23, б). Эмиттер 5, база 3 и коллектор 2 имеют выводы, которые проходят через стеклянные изоляторы 6 и соединяются с внешней цепью. База или коллектор имеет обычно соединение 4 с корпусом транзистора. Толщина базы W < 3.23, а) между электронно-дырочными переходами не превышает 10 мкм. Концентрация носителей зарядов в базе значительно (примерно на 2—3 порядка) меньше концентрации носителей зарядов в эмиттере и коллекторе. Поэтому база является сравнительно высокоомной, ее проводимость значительно ниже проводимости эмиттера и коллектора *.

Наибольшее распространение имеют полупроводниковые приборы с электронно-дырочными переходами. Электронно-дырочный переход (или/?-п-переход) представляет собой запорный слой, образующийся в месте контакта двух полупроводниковых областей, имеющих электронный и дырочный характер проводимости.

л-область. Электрод, подсоединенный к областям р-типа, является управляющим и называется затвором 3. Область в полупроводнике, ограниченная с двух сторон электронно-дырочными переходами, в которой поток носителей регулируется изменением ее поперечного сечения, называется каналом.

Эти области разделяются электронно-дырочными переходами. Область транзистора, расположенная между р — п-перехо-дами, называют базой.

В силу закона электрической нейтральности дырки, прошедшие из области эмиттера через базу в область коллектора, будут компенсированы электронами, приходящими в коллектор из внешней цепи и создающими в ней ток коллектора. Однако не все дырки, инжектированные из эмиттера в базу, достигнут коллекторной области. Небольшая их часть успевает рекомби-нировать с электронами в базовой области. Потеря зарядов в базовой области приводит к протеканию тока в цепи базы /в. Изменением тока базы можно изменять напряжение на эмиттер-ном переходе и, таким образом, управлять током между эмиттером и коллектором. Следовательно, особенность транзистора состоит в том, что между его электронно-дырочными переходами существует взаимодействие — ток одного из переходов может управлять током другого.

Каждая область от другой отделена электронно-дырочными переходами ( 4-18). Отдельные части полупроводникового триода, от которых сделаны отводы, получили название: эмиттер, коллектор и основание или база. На переход Э — Д между эмиттером и базой подаются прямое напряжение (источник питания с э. д. с. Ei) и сигнал, подлежащий усилению (Д?Д). Концентрация дырок в эмиттере должна быть в десятки раз больше концентрации электронов в базе.

Конструкция держателя или ножки и технологический процесс сборки обеспечивают удобство и надежность монтажа кристалла с электронно-дырочными переходами в корпусе полупроводникового прибора при сборке.

На 9-1, а показан разрез монокристалла кремния, на основе которого выполнен биполярный транзистор — один из наиболее распространенных полупроводниковых приборов. Основой транзистора служ:ит монокристалл кремния с повышенной концентрацией дырок (р — Si). Эта часть монокристалла образует коллекторную область. В части монокристалла создана область с повышенной концентрацией электронов (п — Si) — базовая область. Внутри базовой области образована область эмиттера с преобладающей концентрацией дырок (р — Si). Вблизи границ каждой пары областей образуются электрические переходы, которые в этом случае называют электронно-дырочными переходами (на рисунке очерчены пунктиром).

электроны из и-области будут перемещаться в р-область, а дырки наоборот. Встречаясь на границе р- и n-областей, дырки и электроны рекомбинируют. Следовательно, в этой пограничной области обнажаются некомпенсированные заряды неподвижных ионов. Эта область некомпенсированных неподвижных зарядов и есть область р-л-перехода, которую называют обедненным, истощенным • слоем или /-областью (иногда называют запорным слоем электронно-дырочного перехода).

Образование перехода. Работа большинства полупроводниковых приборов основана на образовании электронно-дырочного перехода (р— w-перехода) при контакте полупроводниковых слоев с противоположным типом проводимости. Наиболее широко применяются плоскостные переходы, линейные размеры которых значительно превышают их толщину.

При отсутствии внешнего электрического поля ( 3.6, а) в области электронно-дырочного перехода возникает внутреннее электри-

В электрических схемах прибор с электронно-дырочным переходом ( 3.7, а) обозначают как вентиль, направление «стрелки» которого соответствует направлению тока прямой проводимости. Вольт-амперная характеристика / = / (U) электронно-дырочного перехода ( 3.7, б) имеет ярко выраженный нелинейный характер. При малых положительных (прямых) напряжениях зависимость прямого тока от приложенного прямого напряжения нелинейна. Это объясняется тем, что перенос носителей зарядов через переход, электрическое поле которого ослаблено внешним полем, происходит путем диффузии основных носителей зарядов. Под действием внешнего поля основные носители зарядов дрейфуют по направлению к переходу, и их концентрация в зоне перехода резко возрастает. При дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля направление электрического поля в области потенциального барьера изменяется на обратное. Напряженность внешнего электрического поля становится больше напряженности поля барьера, и через барьер в обоих направлениях начинается дрейф основных носителей зарядов. Крутизна прямой ветви характеристики заметно увеличивается. Необходимо отметить, что на 3.7, б прямая и обратная ветви изображены в различных масштабах. Практически обратный ток в десятки тысяч раз меньше прямого. Уравнение идеализированной вольт-амперной характеристики электронно-дырочного перехода имеет вид

электронно-дырочного перехода (б)

Виды пробоев электронно-дырочного перехода

При больших обратных напряжениях может произойти пробой электронно-дырочного перехода, во время которого обратный ток резко возрастает, переход теряет свойство односторонней электропроводности.

3. Тепловой пробой, вызванный нагревом перехода и вследствие этого резким увеличением термогенерации носителей зарядов в области перехода. Тепловой пробой в отличие от электрического и лавинного пробоев приводит к разрушению электронно-дырочного перехода, т. е. является необратимым.

Одним из важных параметров полупроводниковых приборов с электронно-дырочными переходами является допустимое обратное напряжение f/ogpmax, при котором сохраняется свойство односторонней электропроводности. Превышение величины обратного напряжения может привести к необратимому тепловому пробою электронно-дырочного перехода и, следовательно, к выходу из строя полупроводникового прибора.

Влияние температуры и частоты на свойства электронно-дырочного перехода

Потенциальный барьер можно рассматривать как слой диэлектрика между двумя проводящими поверхностями. Следовательно, при наличии переменного тока в цепи перехода следует учитывать собственную емкость, включенную параллельно переходу. С повышением частоты емкостное сопротивление Хс = 1/шС уменьшается, поэтому для работы на высоких частотах делают приборы с возможно малой емкостью, т. е. с малой площадью электронно-дырочного перехода. В противном случае емкостное сопротивление Хс будет шунтировать переход. В переходе, смещенном в прямом направлении, появляется так называемая диффузионная емкость. Так как диффузия носителей зарядов через переход существенно изменяет величину зарядов в л- и /о-областях, то это эквивалентно появлению дополнительной емкости — диффузионной.