Инжектированных неосновных

Величины /э и /к зависят от градиента концентрации дырок на границе области базы. Рассмотрим закон распределения носителей, инжектированных эмиттером в базу.

Таким образом, распределение носителей рп, инжектированных эмиттером в базу, изменяется по линейному закону ( 6.4, а). Следует отметить, что реальное распределение носителей несколько отличается от линейного закона, что объясняется процессом рекомбинации некоторого числа дырок с электронами. На 6.4 индексом «О» обозначены равновесные концентрации носителей. Распределение носителей пр в области эмиттера аналогично их распределению в диоде при прямом включении, а распределение в области кол-

Усилительные свойства п+-р-п-транзистора определяет только электронная составляющая тока инжектированных эмиттером носителей заряда, поскольку именно она доходит до коллектора и выполняет функцию transfer resistor. Дырочная составляющая эмиттерно-го тока никаких полезных функций не выполняет, поэтому ее стремятся свести к минимуму, а параметр у максимально приблизить к еди-

ход и с задержкой /3 появляется коллекторный ток. Задержка t3 связана с конечным временем пролета сквозь базу инжектированных эмиттером носителей заряда. Длительность фронта /ф коллекторного импульса определяется разбросом скоростей инжектированных в базу носителей заряда, в результате не все носители достигают коллектора

На высоких частотах усилительные свойства транзистора ухудшаются: уменьшается коэффициент переноса тока, появляется отставание выходного тока по фазе от входного. Это вызвано шунтированием р-п-переходов барьерными емкостями эмиттерного Сэ и коллекторного Ск переходов, а также частотной зависимостью процесса переноса через базу и область пространственного заряда коллекторного перехода инжектированных эмиттером избыточных носителей. Частотные зависимости модулей коэффициентов передачи Л21б в схеме ОБ и Л21Э -в схеме 03 показаны на 36 (так как зависимости построены в логарифмическом масштабе по обеим осям, спад /?21э с ростом частоты имеет вид прямой линии).

Верхний предел частотного диапазона транзисторов зависит от наличия емкостей эмиттерного и коллекторного переходов Ск и Сэ и времени движения зарядов, инжектированных эмиттером в базу. Влияние емкостей особенно заметно с повышением частоты, так как сопротивление их переменному току уменьшается и становится соизмеримым с сопротивлением переходов, шунтируя их. Особенно большую роль играет емкость коллекторного перехода Ск, которая подключается параллельно большому сопротивлению перехода. Для повышения работоспособности транзистора на высоких частотах емкость Ск желательно свести к минимуму. Для этого стараются уменьшить площадь контакта коллектора с базой, но при этом уменьшается допустимая мощность сигнала на выходе транзистора.

Одним из важнейших приборов на основе эффекта Холла является магнитотранзистор ( 22), состоящий из эмиттера Э, базы Б и двух коллекторов Ki и /С2. Для увеличения чувствительности к магнитному полю база магнитотранзистора делается достаточно толстой (до 10~2 см). При отсутствии внешнего магнитного поля (которое должно быть направлено перпендикулярно к плоскости чертежа) поток электронов, инжектированных эмиттером Э, разделяется поровну между первым K.i и вторым /С2 коллекторами и падения напряжений на резисторах R1 и R2 оказываются одинаковыми. Поэтому [/вых = 0. Внешнее магнитное поле отклоняет электроны и тем больше, чем больше его напряженность. Вследствие этого ток одного коллектора оказывается больше, чем другого, и падения напряжений на сопроти-лениях нагрузки — разными, поэтому появляется напряжение ^вых> пропорциональное напряженности магнитного поля. Ма-гнитотранзисторы обладают наивысшей магнитной чувствительностью в семействе приборов на основе эффекта Холла, позволяя измерять низкочастотные переменные магнитные поля с напряженностью в сотые доли нанотесла.

выполняется тонкой, основная часть дырок, инжектированных эмиттером, достигает коллекторного перехода, не попадая в центры рекомбинации. Эти дырки захватываются полем коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении, так как это поле является ускоряющим для неосновных носителей — дырок в базе n-типа. Ток дырок, попавших из эмиттера в коллектор, замыкается через внешнюю цепь, источник Ец. При увеличении тока эмиттера на величину А/э ток коллектора возрастет на Л/к = =*аД/э. Вследствие малой вероятности рекомбинации в тонкой базе коэффициент передачи тока эмиттера а= =ДАс/Д/э«= 0,9 -s-0,99.

Небольшая часть дырок, инжектированных эмиттером, попадает в центры рекомбинации и исчезает, рекомбини-руя с электронами. Заряд этих дырок остается в базе, и для восстановления зарядной нейтральности базы из внешней цепи за счет источника ?Б в базу поступают электроны. Поэтому ток базы представляет собой ток реком-

К току носителей заряда, инжектированных эмиттером и дошедших до коллектора (/к,,), добавляется ток носителей, образовавшихся в результате тепловой генерации в базе (/Бген), в коллекторе (/к,ен), а также в коллекторном переходе (/,е„). Кроме того, при достаточно больших напряжениях в коллекторном переходе

Таким образом, распределение носителей заряда, инжектированных эмиттером в базу бездрейфового транзистора, линейно ( 4.6, б). Этот вывод аналогичен полученному ранее для полупроводникового диода с тонкой базой (см. § 3.5) и, так же как для полупроводникового диода, является лишь предельным случаем. Реальное распределение носителей в базе бездрейфового транзистора отличается от линейного, хотя и незначительно.

поскольку она обусловлена диффузией инжектированных неосновных носителей заряда: CD = dQ/dU, где Q — заряд инжектированных неосновных носителей, который может быть найден интегрированием распределения инжектированных носителей (2.56), (2.57). С учетом (2.52), (2.53), (2.36), (2.37) получим

Следовательно, диффузионную емкость можно связать с изменением заряда инжектированных неосновных носителей, но нельзя связать с прохождением токов смещения. В этом существенное физическое отличие диффузионной емкости от барьерной емкости р-и-перехода и от емкости обычного конденсатора.

Прежде чем рассматривать явления в полупроводниковых диодах при больших прямых токах, установим понятия об уровне инжекции. Под уровнем инжекции будем понимать соотношение между концентрацией неосновных носителей и концентрацией основных носителей в состоянии равновесия (или, что почти то же самое, концентрацией примесей). Низким уровнем инжекции будем считать такой, при котором концентрация инжектированных неосновных носителей значительно меньше концентрации основных носителей в состоянии равновесия, т. е. для полупроводника /г-типа

Средним уровнем инжекции будем считать такой, при котором разница между концентрацией инжектированных неосновных носителей и концентрацией основных носителей в состоянии равновесия мала, т. е.

При инжекции неосновных носителей заряда в базе диода возникает избыточная концентрация этих носителей и нарушается электрическая нейтральность базы. Из-за диффузии в базе и рекомбинации получается неравномерное распределение неосновных носителей в базе ( 3.29). Для компенсации инжектированных неосновных носителей заряда через омический переход в базу входят основные носители и также распределяются в базе неравномерно.

Кроме того, при высоком уровне инжекции в базе диода около /o-n-перехода возникает электрическое поле, пропорциональное градиенту концентрации инжектированных неосновных носителей заряда (см. § 3.15). Эта составляющая электрического поля направлена навстречу встроенному полю, а ее значение может значительно превышать значение встроенного поля.

После подачи через эмиттер импульса тока в прямом направлении ток коллектора появляется не сразу, так как необходимо некоторое время на перезаряд барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов, а также на передвижение инжектированных неосновных носителей заряда до коллекторного пере-

Отсюда следует, что на границах перехода концентрации инжектированных неосновных носителей увеличиваются в зависимости от внешнего напряжения U по экспоненциальному закону.

Уровень инжекции. Для определения относительного изменения концентрации инжектированных неосновных носителей на границах перехода используют специальную величину, называемую уровнем инжекции:

При нарушении термодинамического равновесия условия нейтральности (1.94) и (1.95) вне ОПЗ выполняются приближенно, поэтому говорят не об идеальной нейтральности зарядов, а о приближенной нейтральности, или, как ее еще называют, квазиэлектронейтральности. Небольшое (по сравнению с полем в ОПЗ) электрическое поле в квази-электронейтральных областях существует. Но если количество инжектированных неосновных носителей заряда много меньше, чем основных Др<С«„0, Дя<^рРо (низкий уровень инжекции), то влияние этого поля на движение неоснс'зных носителей заряда ничтожно мало. В таких условиях неосновные носители перемещаются как бы незаряженные частицы, т.е. только за счет диффузии. Тогда ток или плотность тока дырок в квазинейтральной «-области

— это отношение концентрации инжектированных неосновных носителей к равновесной концентрации основных носителей к базе. Низким называется уровень инжекции, когда 6