Переходами электронов

В биполярном транзисторе существует несколько источников шума. Основные из них: тепловой, дро-бовый и избыточный (поверхностный) или фли-кер-шум. Тепловой шум обусловлен хаотическим движением носителей заряда в транзисторе. Дробо-вый шум обусловлен неравномерностью скоростей носителей заряда в переходах транзистора и базе, а избыточный шум — неравномерностью рекомби-национных процессов на поверхности базы и токами утечки.

Область отсечки характеризуется обратным смещением на обоих переходах транзистора. Поскольку нижняя выходная характеристика при / Q = 0 не совпадает с осью напряжений, то для полного запирания транзистора недостаточно уменьшить входной ток до нуля, а необходимо изменить его направление с тем, чтобы компенсировать влияние обратного тока коллекторного перехода: / к 60 =— 1 g. В режиме отсечки цепь транзистора можно считать разомкнутой.

Процессы перехода транзистора из одного состояния в другое, т. е процессы изменения токов и напряжений на переходах транзистора, сопровождаются накоплением и рассасыванием неосновных носителей в различных областях транзистора: в эмиттерном, коллекторном и изолирующем переходах, активной и пассивной областях базы и в коллекторе. „

1. Определить коэффициент усиления планарного транзистора, легированного долотом, если шво = 1 мкм, /УдК = 7 • 10" см~3, NaS = Ю19 см~3, х,^ = *= 3 мкм, т„=10~»с, а напряжения на переходах транзистора в активном нормальном режиме t/3B = —0,5 В, /7КБ = 10 В.

Основными частичными критериями оптимизации могут быть выбраны качественные показатели схемы (быстродействие; рассеиваемая мощность; площадь, занимаемая схемой на подложке; обобщенные показатели, характеризующие запас работоспособности; процент выхода годных схем при большом разбросе технологических параметров компонентов и др.). Переменными оптимизации являются: граничная частота усиления транзистора по току, пробивные напряжения на переходах транзистора, коэффициенты передачи по току в схеме с ОЭ и ОБ [параметры Yt первой группы, входящие в выражение (6.38)], а также напряжения на переходах транзистора в режиме насыщения, барьерные емкости на переходах, омические сопротивления базы и коллектора биполярных транзисторов или отношение ширины канала к длине, толщина окисла под затвором, размеры диффузионных областей МДП-транзисторов [минимизируемые параметры YJ второй группы, входящие в выражение (6.38)].

6.10. Диод на эмиттерном и коллекторном переходах транзистора, включенных параллельно:

Рассмотренные режимы и соответствующие им распределения напряжений на р-п-переходах транзистора справедливы и для включения транзистора с об^цим эмиттером и общим коллектором. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером показано на 3.17. Для обеспечения режима отсечки с помощью источника напряжения t/j нужно создать запирающее напряжение на базе по отношению к эмиттеру, т. е. отрицательное напряжение (Ufa < О или 1/эб > 0). Кроме того, как и в схеме 3.10, а, необходимо создать обратное смещение коллекторного р-я-перехода (UKQ > 0). Это смещение будет обеспечено при U3 > 0. Условие

Насыщенный режим транзистора обеспечивается, как будет показано далее, только при достаточно большом значении базового тока, создаваемого источником напряжения t/j. Вопрос о необходимом для насыщения соотношении коллекторного и базового токов будет рассмотрен особо; здесь же положим, что это соотношение обеспечено, и на p-n-переходах транзистора действуют напряжения, характеризующие режим насыщения.

Режим отсечки. Если на обоих переходах транзистора напряжение обратное, то через них проходят токи, обусловленные

Если переменные напряжения на переходах транзистора достаточно малы, токи в нем оказываются линейными функциями этих напряжений. Транзистор можно рассматривать как линейный четырехполюсник ( 4.25). При этом два внешних вывода четырехполюсника считают входными, соответствующие им ток и напряжение обозначают 1\ и (j\. Два других вывода являются выходными, соответствующие им ток и напряжение обозначают /а и L/2- За положительное принимают направление токов, входящих в четырехполюсник.

Принцип работы. Рассмотрим в общих чертах принцип работы транзистора на его упрощенной модели. В качестве такой модели изберем сплавной р-п-р транзистор, включенный по схеме с общей базой. Будем считать, что плоскости, соответствующие металлургическим границам на переходах транзистора, параллельны, концентрации примесей в эмит-

Необходимо отметить, что наряду с переходами электронов с низких энергетических уровней на более высокие происходят и обратные переходы. Одновременно с генерацией пар электрон—-дырка происходит и обратный процесс — взаимное уничтожение свободного электрона и дырки, который называется рекомбинаци-

Зависимости положения уровня Ферми от температуры в примесных полупроводниках п- и р-типов показаны на 1.12, а, б. Рассмотрим характер этих зависимостей на примере полупроводника n-типа ( 1.12, а). В области низких температур переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости можно пренебречь и считать, что все электроны в зоне проводимости появляются в результате ионизации доноров. Аналогично (1.15), выражен-ие для

Стационарная фотопроводимость. Изменение электрического сопротивления или проводимости полупроводника, обусловленное действием оптического излучения и не связанное с его нагреванием, называют фоторезистивным эффектом. Длинноволновая граница собственного фоторезистивного эффекта, связанного с межзонными переходами электронов, совпадает с краем собственного поглощения и для многих полупроводников, таких, как кремний, германий, соединения типа А3В5, находится в инфракрасной и видимой областях спектра.

Зависимости положения уровня Ферми от температуры в примесных полупроводниках п- и р-типов показаны на 3.10, а, б. Рассмотрим характер этих зависимостей на примере полупроводника n-типа ( 3.10, а). В области низких температур переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости можно пренебречь и считать, что все электроны в зоне проводимости появляются в результате ионизации доноров. Аналогично (3.12) выражение для уровня Ферми WF при низких температурах можно записать в виде

Если поглощение света полупроводником обусловлено переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости за счет энергии кванта излучения, то поглощение называют собственным.

Внутренний фотоэффект, сопровождающийся переходами электронов и дырок внутри полупроводника из связанных состояний в свободные, имеет два проявления. Первое из них состоит в том, что в результате появления свободных носителей заряда изменяется сопротивление полупроводника. Фотоприемники, работающие на этом принципе, называются фоторезисторами. Второе проявление заключается в возникновении фото-э. д. с. на границе двух контактирующих материалов. Фотоприемники, основанные на этом явлении, называются вентильными (фотогальваническими) фотоэлементами. Вентильные фотоэлементы являются генераторными преобразователями.

Твердые диэлектрики для оптических квантовых генераторов (лазеров) являются активной средой, представляющей собой кристаллическую или стеклообразную матрицу, в которой равномерно распределены активные ионы (активаторы). Все процессы поглощения и излучения света связаны с переходами электронов между уровнями активного иона, при этом матрица играет пассивную роль. Спектр излучения лазера в основном зависит от типа активного иона. Как вещество кристаллической или стеклообразной основы, так и активаторы должны удовлетворять целому ряду специфических требований. Свойства некоторых лазерных материалов приведены в в табл. 6.7.

На 6.3.6 показана зависимость коэффициента оптического поглощения сплава Si-B, нанесенного при B2H6/SiH4 = 1 • 10"2, от квадрата энергии фотонов. Наблюдавшаяся линейная зависимость означает, что поглощение обусловлено переходами электронов в плотных локализованных межзонных состояниях в соответствии с теорией Мотта [ 38]. Плотность локализованных состояний вблизи уровня Фермн, оцененная из коэффициента оптического поглощения, составляет величину порядка 1020 см"3 • эВ"'.

На 6.3.6 показана зависимость коэффициента оптического поглощения сплава Si-B, нанесенного при B2H6/SiH4 = 1 • 10"2, от квадрата энергии фотонов. Наблюдавшаяся линейная зависимость означает, что поглощение обусловлено переходами электронов в плотных локализованных межзонных состояниях в соответствии с теорией Мотта [ 38]. Плотность локализованных состояний вблизи уровня Фермн, оцененная из коэффициента оптического поглощения, составляет величину порядка 1020 см"3 • эВ"'.

Если твердый раствор непрямозонного состава, например Al0-8Ga0 2As, имеет малую толщину « 1 мкм), то поглощение в нем будет почти полностью определяться переходами электронов в Г-минимум. Иными словами, заметное поглощение в таком слое будет наблюдаться при энергиях фотонов Av ^ 2.5 эВ, значительно превосходящих Ед. «Прямые» и «непрямые» полупроводники отличаются не только вероятностью поглощения излучения с Av ^> Е . Если фотовозбужденный электрон уже оказался в зоне проводимости, то там он сможет пробыть ограниченное время, называемое временем жизни. По истечении этого времени электрон вновь переходит в валентную зону. В прямозонном полупроводнике переход из Г-минимума в валентную зону происходит без затруднений, связанных с изменением

Обозначим туннельный ток, создаваемый переходами электронов из зоны проводимости полупроводника типа п в валентную зону полупроводника типа р, через /т пр, а ток, обусловленный встречными переходами электронов, — через /т рп- В условиях термодинамического равновесия эти токи компенсируют друг друга: •/гг7р = /трп и суммарный туннельный ток через переход /т = = /тпр — /три равен нулю.