Накопления носителей

щены от перегрузок по току значительно лучше, чем биполярные и МДП-транзисторы. Поскольку полевые транзисторы являются униполярными приборами, они не чувствительны к дефектам накопления неосновных носителей заряда, поэтому в принципе имеют высокие граничные частоты и скооости переключения.

Инверсный слой образуется за счет накопления неосновных носителей заряда вблизи поверхности полупроводника, причем этот слой отделен от объема полупроводника обедненном слоем. Концентрация неосновных носителей заряда в инверсюм слое возрастает за счет двух процессов: 1) диффузии неоснозных носителей из объема полупроводника; 2) тепловой генерации носителей заряда в области объемного заряда и через поверхюстные уровни.

При достаточно высоких частотах процесс накопления неосновных носителей заряда не успевает за изменением геременного на-

2.20. Характеристики процессов установления обратного тока (а) и падения прямого напряжения (б) у диода, обусловленные эффектом накопления неосновных носителей заряда в объеме полупроводника

Быстродействие всех рассмотренных ранее логических элементов ограничено временными задержками, которые вызваны процессами накопления неосновных носителей в базах транзисторов, работающих в режиме насыщения. Существенно большее быстродействие имеют цифровые схемы транзисторной логики с эмиттерными связями (ТЛЭС), в которых транзисторы при работе не входя? и насыщение. Элементы ТЛЭС работают по прин-пипу переключения токов' при малых изменениях входных напряжений. Вследствие этого элементы ТЛЭС часто носят название логических схем с переключателями тока.

Быстродействие всех рассмотренных ранее логических элементов ограничено временными задержками, которые вызваны процессами накопления неосновных носителей в базах транзисторов, работающих в режиме насыщения. Существенно большее быстродействие имеют цифровые схемы транзисторной логики с эмиттерными связями (ТЛЭС), в которых транзисторы при работе не входя? а насыщение. Элементы ТЛЭС работают по принципу переключения токов при малых изменениях входных напряжений. Вследствие этого элементы ТЛЭС часто носят название логических схем с переключателями тока.

( 2.14). При приложении внешнего напряжения оно падает в основном в объеме слаболегированной области, где возникает наклон энергетических уровней и зон, приводящий к образованию потенциальной ямы для неосновных носителей заряда. Эффект накопления неосновных носителей заряда и последующего их рассасывания — эффект инерционный. Поэтому он может ухудшать быстродействие полупроводниковых приборов.

Для исключения эффекта накопления неосновных носителей заряда в полупроводнике около контакта можно провести дополнительное легирование приконтактной области полупроводника. Потенциальный барьер при этом остается, но его толщина будет очень малой из-за сильного легирования приконтактной области полупроводника. Малая толщина потенциального барьера обеспечит возможность туннелирования неосновных носителей заряда в металл из потенциальной ямы в полупроводнике.

Для меньшей вероятности накопления неосновных носителей

После окончания процесса накопления неосновных носителей в базе напряжения на диоде, на базе диода и на р-п-переходе достигают установившихся значений. Распределение дырок в базе в это время также соответствует некоторому установившемуся состоянию (кривая 3 на 3.34, д).

Как видно из предыдущих параграфов (см. § 3.18, 3.19, 3.21 и 3.22), при конструировании быстродействующих выпрямительных и импульсных диодов основные усилия должны быть направлены на сокращение длительности переходных процессов и прежде всего на ускорение процесса рассасывания или на практическое исключение эффекта накопления неосновных носителей заряда в базе путем исключения инжекции неосновных носителей.

Инерционность запирания диода связана с эффектом накопления носителей заряда, который заключается в следующем. При протекании через диод прямого тока через р — n-переход осуществляется инжекция носителей и образуется избыточная концентрация неосновных носителей, возрастающая с увеличением прямого тока. При переключении напряжения на обратное эти неосновные носители в первый момент увеличивают обратный ток и способствуют снижению обратного сопротивления. Постепенно концентрация неосновных носителей уменьшается за счет рекомбинации и ухода через р — n-переход. После окончания рекомбинации обратное сопротивление и ток восстанавливаются до стационарных значений. Кроме того, на инерционность диода в импульсном режиме оказывает влияние барьерная емкость, уменьшение которой может быть достигнуто уменьшением площади р — я-перехода.

с помощью диода, шунтирующего коллекторный переход транзистора при его смещении в прямом направлении. Когда транзистор закрыт, то обратная связь не работает. Диод закрыт, а коллекторный переход смещен в обратном направлении (С/кб = ?к>0). В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении (С7к6<0, ?/эб<0). Поэтому при включении ключа потенциал на коллекторном переходе стремится стать отрицательным относительно базы. Однако при С/кб~0 открывается диод, через него протекает часть входного тока, так что базовый ток транзистора остается равным значению /бн. Транзистор работает на границе режимов насыщения и активного. Накопления носителей заряда в базе не происходит, следовательно, время рассасывания при включении ключа равно нулю.

Когда ток эмиттера достигает некоторого критического значения /Вкл, которому соответствует напряжение на эмиттере 1/вкл, начинает сказываться эффект накопления носителей заряда в подэмиттерном слое базы Б\,

Детекторные диоды предназначены для детектирования СВЧ-сигналов и отличаются почти полным отсутствием инжекции и накопления носителей заряда и, как следствие, крайне малой инерционностью. Основными параметрами детекторных диодов являются:

Длительность плоской вершины импульса tn.e определяется временем, в течение которого инвертор находится в насыщении, т. е. fn.B = tn + tpac- Время накопления носителей в базе зависит от длительности входного импульса ги.вх и фронта выходного импульса Гфр: („ =в ги.вх — 1,25гфр. Время рассасывания tpac рассчитывается по формуле

На работу транзистора при малом неременном сигнале помимо стационарных потоков носителей заряда влияют также процессы накопления носителей, имеющиеся в транзисторе емкости, а также конечная скорость движения носителей. Свойства транзистора при работе на малом переменном сигнале описываются системами малосигнальных параметров.

В первом варианте (/) используется эмиттерный переход, а коллекторный короткозамкнут. Такое включение используют в цифровых микросхемах, так как в этом случае достигается наибольшее быстродействие: накопление носителей заряда может происходить только в базовой области, а она очень тонкая. Возможность накопления носителей заряда в коллекторной области исключена шунтированием коллекторного перехода. Время переключения может быть около 1 не.

В неограниченном полупроводнике не происходит накопления носителей заряда на боковых гранях пластинки полупроводника, не образуется ЭДС Холла, а траектория движения носителей заряда отклоняется от направления внешнего электрического поля в направлении силы Лоренца ( 14.2). В этом случае вектор плотности тока совпадает по направлению со скоростью движения дырок и поэтому оказывается сдвинутым от направления внешнего электрического поля на тот же угол ф — угол Холла. Рассмотрим теперь магниторезистив-ный эффект с количественной точки зрения при оптимальных условиях, т. е. для неограниченного полупроводника.

Начало этапа установления открытого состояния в переходном процессе включения тиристора на малые токи соответствует смещению коллекторного перехода в прямом направлении (точка F на 3.25). Длительность этого этапа определяется накоплением носителей — модуляцией проводимости базовых областей. Переходный процесс на этом этапе характеризуется падением напряжения на тиристоре от значения UP в момент изменения полярности на коллекторном (центральном) переходе до установившегося значения по мере накопления носителей в базах.

Аналогичным образом определяется связь процессов генерации, рекомбинации и накопления носителей заряда с концентрацией на внеш-

При отпирании диодного ключа импульсным сигналом прямоугольной формы во время формирования фронта выходного импульса, а также на первой стадии передачи плоской вершины ток диода меняется из-за модуляции объемного сопротивления базы и возрастания прямого падения напряжения на диоде. Эти процессы устанавливаются по мере накопления носителей в базе, поэтому их продолжительность определяется постоянной времени накопления т„.