Коллекторным переходом

Быстродействие инвертора Т можно повысить, используя в качестве диодов смещения транзисторные структуры с параллельно включенными эмиттерным и коллекторным переходами. При таком включении диоды обладают наибольшим временем рассасывания, поэтому в период запирания инвертора ток, отбираемый из его базы диодной сборкой, способствует быстрейшему запиранию инвертора. Однако такое включение не применяется в ИМС потому, что ему свойственно большое падение напряжения в проводящем состоянии (см. § 6,2). Кроме того, при выборе диодов смещения в не меньшей степени опре-264

В транзисторе в отличие от диода база заключена между эмиттерным и коллекторным переходами и поэтому закон изме-жения концентрации неосновных носителей в базе отличается от закона (10-35), характерного для диода с тонкой базой.

Объемное сопротивление базы. База транзистора выполняется обычно из относительно высокоомного материала, поэтому ее объемное сопротивление г б заметно влияет на работу транзистора. Так, при большом токе падение напряжения на сопротивлении гб уменьшает величину смещения эмиттерного перехода. Сопротивление г 5 определяется в основном сопротивлением ее активного участка, т. е. той части базы, которая заключена непосредственно между эмиттерным и коллекторным переходами (см. 12-1). Сопротивление этой части базы можно подсчитать по формуле [24].

• — время пролета (диффузии — дрейфа) электронов от эмиттера к коллектору в области активной базы; г\ = = 0,5 1п(А/аБ1/Л^0Б2) + 1 — коэффициент неоднородности базы; Nam, Nam — концентрации акцепторов в базе соответственно на границах с эмиттерным и коллекторным переходами.

разнее использовать диод смещения с большим временем рассасывания носителей, так как он проводит ток в обратном направлении сравнительно большее время, благодаря чему ускоряется запирание транзистора-усилителя и тем самым сокращается длительность среза (см. пример 22), Указанным требованиям наиболее полно удовлетворяет интегральный транзистор с параллельно включенными эмиттерным и коллекторным переходами (см. пример 8). Схема такого усилителя-ограничителя показана на 3.36.

В транзисторе в отличие от диода база заключена между эмиттерным и коллекторным переходами и поэтому закон изме-жения концентрации неосновных носителей в базе отличается от закона (10-35), характерного для диода с тонкой базой.

Объемное сопротивление базы. База транзистора выполняется обычно из относительно высокоомного материала, поэтому ее объемное сопротивление г б заметно влияет на работу транзистора. Так, при большом токе падение напряжения на сопротивлении гб уменьшает величину смещения эмиттерного перехода. Сопротивление г 5 определяется в основном сопротивлением ее активного участка, т. е. той части базы, которая заключена непосредственно между эмиттерным и коллекторным переходами (см. 12-1). Сопротивление этой части базы можно подсчитать по формуле [24].

В этой формуле S3, 10 — площадь и толщина эмиттерного перехода; уо — максимальный коэффициент инжекции эмиттера при отсутствии тока рекомбинации; Na(x)—концентрация акцепторов в базе (транзистор л-р-л-типа); Dn?, — коэффициент диффузии электронов неосновных .носителей заряда в базе; т?1Э, трэ — времена жизни электронов и дырок в объеме эмиттерного перехода; х=0, x — = W—границы области базы с эмиттерным и .коллекторным переходами; UD — диффузионный потенциал.

Левый контакт триода получил название эмиттера, правый — коллектора и средний — базы. Соответственно, левая область триода называется эмиттерной, а правая — коллекторной. (Среднюю область называют иногда основанием триода.) Наконец, р — /г-переходы называют обычно эмиттерным и коллекторным переходами соответственно. Для полупроводникового триода широко распространено и другое, исторически сложившееся название — транзистор *).

Базовый ток. Рассмотрим работу npn-транзистора, схематично представленного на 3.8. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным, а между коллектором и базой — коллекторным. Расстояние W между эмиттерным и коллекторным переходами составляет металлургическую ширину базы. Пусть Хе — расстояние от конца обедненного слоя со стороны эмиттер-

Здесь If, 1r — токи, протекающие в диодах, образованных эмит-терным и коллекторным переходами соответственно; aF, ctR — коэффициенты усиления по току при прямом (эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном) и обратном включении транзистора; /Es, Ics — токи насыщения обратно смещенных эмиттерного и коллекторного диодов. Рассмотрим соответствие этих выражений с формулами, изложенными в разделе 3.2.2. Поскольку /в=(—/е—1с), то из .(3.57), (3.58), (3.59) получим

поля коллекторного перехода, эти дырки переходят в коллектор и создают коллекторный ток /к, протекающий через нагрузку /?„ ( 6.3). Следует подробно остановиться на эффекте усиления мощности, который получается при использовании транзистора. Как видно из 6.3, нагрузочное сопротивление RH подключается последовательно с коллекторным переходом. На этом переходе имеется значительная разность потенциалов, которую приходится преодолевать току, обусловленному диффузией дырок из эмиттера.

Наиболее сильно легированный крайний слой транзистора (п + -типа) называют эмиттером, другой крайний слой (п-типа)— коллектором, а средний слой (р-типа)— базой. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, а />-и-переход между коллектором и базой — коллекторным переходом.

логики на транзисторах Шотки ( 1.28, в), В таких элементах в качестве переключательного применяют транзистор с коллекторным переходом в виде барьера Шотки. Транзистор с металлическим коллектором (р-п-т) обладает меньшим временем задержки переключения, так как в нем отсутствует накопление неосновных носителей заряда в коллекторе и уменьшена инжекция неосновных носителей заряда в базу.

Элементы ТТЛ являются дальнейшим развитием ДТЛ. Входные диоды в схемах ТТЛ заменены многоэмиттерным транзистором, а функция диодов смещения выполняется коллекторным переходом транзистора. Изготовление многоэмиттерного транзистора ненамного сложнее изготовления обычного транзистора. Области базы и коллектора образуются для многоэмиттерного транзистора ( НО) аналогично обычному биполярному транзистору, и только на этапе последней (эмиттерной) диффузии создается не одна, а несколько областей эмиттера. Такой прибор компактнее, чем диодная сборка и два диода смещения, площадка кристалла уменьшается, что приводит к удешевлению •схемы.

Если ток через диод достаточно мал, то падение напряжения определяется идеализированными характеристиками переходов, при больших токах существенную роль играют также последовательные объемные сопротивления соответствующих областей. Наименьшее падение напряжения при одинаковых значениях тока наблюдается для варианта /. Это объясняется тем, что диод в этом случае работает как транзистор с замкнутым коллекторным переходом. Электроны, инжектируемые эмиттером, перемещаются через базу, достигают коллекторного перехода и свободно попадают в коллектор. Поэтому основная часть входного тока проходит через коллектор, и падение напряжения на сопротивлении базы будет значительно меньше, чем в других диодных структурах. В варианте V транзисторная структура находится в инверсном включении; так как инверсный коэффициент передачи тока мал, то базовый ток, протекающий через такую структуру, будет большим, что в свою очередь вызовет значительное падение напряжения на диоде.

6. Ширину высокоомного коллектора и>к под коллекторным переходом выбирают больше ширины слоя объемного заряда на коллекторном переходе, распространяющейся в сторону коллектора при максимальном обратном смещении: о>к;>Д#кк. Полная толщина коллекторного слоя d^ = WK + х,к.

Низкоомный скрытый слой шунтирует расположенный над ним более высокоомный коллекторный слой n-типа и в десятки раз уменьшает объемное сопротивление коллекторной области между коллекторным переходом и коллекторной контактной областью 7.

Электрический переход между эмиттерной и базовой областями полупроводникового прибора называется эмиттерным переходом, а между базовой и коллекторной областями — коллекторным переходом.

В связи с этим напряжение на приборе оказывается приложенным практически ко второму переходу, через который проходит ток /к. Представим конструкцию тиристора в виде двух условных транзисторов. Один транзистор р1-/11-р2-структуры, другой П[-р2-П2- структуры ( 6.1, б,в). Эмиттерным переходом для первого транзистора является первый переход, а для второго транзистора—третий переход. Второй переход служит общим коллекторным переходом обоих транзисторов. При этом полярность напряжений на переходах соответствует той, которая требуется для работы обоих транзисторов в усилительном режиме: эмиттерные переходы смещены в прямом направлении, коллекторный — в обратном.

В микросхеме ТТЛ образуется паразитный р-п-р-транзистор Тэ, связанный с входным МЭТ. Независимо от режима работы ИМС паразитный транзистор Тэ работает в активной области, так как его эмиттерный переход является коллекторным переходом МЭТ, который всегда смещен в прямом направлении. Когда на входах ИМС устанавливается низкий потенциал, отпирающий эмиттерные переходы транзистора Т\, из-за активного действия паразитного транзистора Тэ уменьшается входной ток, так как часть тока, отбираемого от источника ?j лерез резистор R1, ответвляется в коллекторную цепь Т^ т. е. в под-280

оказывается меньше, чем у микросхемы ДТЛ, так как в микросхеме ТТЛ исключены диоды смещения, из которых только один скомпенсирован коллекторным переходом МЭТ [в (7,16) разность потенциалов коллектора и эмиттера МЭТ Цон.мэ = = t/кб.мэ - t/эб.мэ в первом приближении равна разности UOT.CM - t/двх» которая входит в аналогичное соотношение (7.3) для элемента ДТЛ].