Увеличению концентрации

Формирование импульса. Вершина импульса формируется в интервале работы транзистора в режиме насыщения. Будем считать, что заряд в базе практически не меняется в режиме насыщения. После опрокидывания к обмоткам трансформатора приложены напряжения \ul\ = UK, \u2\ = KJpUK и в соответствии с законом электромагнитной индукции магнитный поток и ток намагничивания должны возрастать во времени. Увеличение тока намагничивания приводит к увеличению коллекторного тока гк, который, в свою очередь, • обусловливает рост уровня граничного заряда в базе транзистора. Этот процесс приводит к тому, что транзистор в некоторый момент времени переходит из режима насыщения в активный. В этот момент завершается формирование вершины импульса.

Среди стабилизаторов распросгранение получили стабилизаторы электрического тока, напряжения и мощности. Они делятся на параметрические и компенсаци )н ше. Параметрические стабилизаторы основаны на использовании нелинейных элементов, включаемых в схему последовательно с линейными элементами таким образом, чтобы при широком диапазоне изменений входного параметра выходной параметр изменялся значительно меньше, чем входной параметр. В компенсационных стабилизаторах выходной параметр сравнивается с заданным, в результате чего вырабатывается разностный сигнал, оказывающий воздействие на исполнительный элемент стабилизатора до тех пор, пока этот разностный сигнал не приблнзитсч к нулю. На В. 17 дана схема стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторах. Регулирующим элементом является транзистор Ti, чувствительным органом—транзистор Т2, источником опорного напряжения — кремниевый стабилитрон Сг, напряжение на котором мало изменяется в широком диапазоне изменения тока. Увеличение входного па-пряжения U\ приводит к росту тока базы ;',-„ уменьшению внутреннего сопротивления и увеличению коллекторного тока iK транзистора Т2. Это вызывает таксе перераспределение напряжений в схеме сопротивлений стабилизатора и такое изменение режимов работы транзисторов Т1 и 72, что напряжение на выходе U2 останется стабильным. При снижении входного напряжения U\ уменьшается ток базы /в. Возникают новые режимы работы транзисторов 7/ и Т'2, при которых их внутренние сопротивления изменятся так, что наступает перераспределение напряжений в схеме и с;а-билизация напряжения 11? на выходе.

Пусть отпирающий базовый ток /б1 > 0. Этому току соответствует характеристика в области, заштрихованной на 3.21. В активном режиме /„ = /ко + Bi6. При гб = /61 iK = /К1 = /ко + + 5/б1 « 5/61- Коллекторный ток почти не зависит от напряжения, т. е^ выходная характеристика проходит почти горизонтально на уровне /Ki « В161. Нагрузочная прямая пересекает эту характеристику в точке /„ = /К1, ыкэ = Е — /к1^к- Напряжение «кэ стало меньше значения икэ в режиме отсечки. Дальнейшее увеличение базового тока (/б = /оа, /б = /бз) приводит к увеличению коллекторного тока. При /б = /б4 нагрузочная прямая пересекает выходную характеристику на восходящем участке, т. е. в области, соответствующей режиму насыщения. Точка пересечения находится ниже уровня В1М. Условие «к<В/б соответствует режиму насыщения. Транзистор насыщен, напряжение «Кэ равно напряжению насыщения Um (Um « Е, т. е. (Укн ** 0).

Начинается процесс лавинного переключения. В это время в схеме действует положительная обратная связь через два контура, в каждый из которых входит транзистор Т3. В первом из этих контуров отрицательное приращение напряжения на эмиттерах Tj и 7j усиливается транзистором Ts (без изменения фазы скачка, поскольку при ?„ = const можно считать, что транзистор Т8 по переменной составляющей включен по схеме с общей базой). С коллектора Тя отрицательное приращение напряжения передается через делитель Rt,Rt на базу транзистора Tt, перешедшего в активный режим. Отрицательное приращение напряжения на базе Tt повторяется на его эмиттере, т. е. передается и на эмиттер Та. Контур положительной обратной связи замыкается. Коэффициент усиления по напряжению, больший единицы, в данном контуре создает каскад на транзисторе Ts, коллекторная нагрузка которого не должна быть очень малой. Второй контур включает коллекторную цепь транзистора 7\. Отрицательное приращение напряжения на коллекторе Г2 после усиления транзистором Та и передачи через делитель RsRe на базу Tt приводит к увеличению коллекторного тока транзистора Tt и повышению потенциала его коллектора. Положительное приращение напряжения с коллектора Tt через конденсатор С2 передается на базу транзистора Та, в результате чего коллекторный ток этого транзистора уменьшается, еще более снижая потенциал коллектора.

Вторичный пробой. Под вторичным пробоем понимают явления, связанные с разогревом коллекторного перехода и приводящие к резкому увеличению коллекторного тока при одновременном уменьшении коллекторного напряжения. При вторичном пробое транзистора, как и при тепловом пробое диода, происходит шнурование тока, проходящего через коллекторный переход.

Отрезок CD ограничивает ОБР по температуре структуры (см. введение). При увеличении температуры концентрация носителей в высокоомной области транзистора, возникших вследствие термогенерации, может превысить концентрацию примеси, и р-п переход практически исчезнет; работа транзистора нарушится. Рост температуры приводит также к увеличению коллекторного тока в закрытом состоянии транзистора и остаточного напряжения на транзисторе в режиме насыщения, а также к снижению быстродействия. Для кремниевых транзисторов максимально до-

При больших напряжениях t/кэ наблюдается резкое увеличение тока, обусловленное пробоем. В схеме ОЭ напряжение пробоя ?/кэопр0г> значительно ниже, чем в схеме ОБ (ср. 4.17 и 4.18). Понижение напряжения лавинного пробоя в схеме ОЭ объясняют проявлением внутренней положительной обратной связи. Пары носителей заряда, образующиеся в коллекторном переходе при ударной ионизации (см. § 2.5), разделяются полем этого перехода: электроны переносятся в коллектор, а дырки — в базу. Так как ток базы поддерживается постоянным, то дырки накапливаются в базе и повышают ее потенциал, т. е. прямое напряжение на эмиттерном переходе. Возрастает инжек-ция электронов в базу из эмиттера. Большая часть электронов проходит через базу в коллекторный переход. Там они в свою очередь вызывают ударную ионизацию, в результате чего увеличивается число дырок, попадающих в базу. Так возникает положительная обратная связь, приводящая к резкому увеличению коллекторного тока. С уче-

Допустим, что в некоторый момент времени открыт транзистор VТ1, тогда напряжение Е (за вычетом небольшого падения напряжения на участке эмиттер — коллектор открытого транзистора) окажется приложенным к половине коллекторной обмотки WK. и будет создавать на ней и на других обмотках э. д. с. с полярностью, указанной на схеме 20.13 (знаки даны без скобок). При этом э. д. с. базовой обмотки Ws создает на базе транзистора VT1 отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, а э. д. с. обмотки WB в этот момент создает на базе транзистора VT2 положительное напряжение по отношению к эмиттеру. Следовательно, в то время, когда транзистор VT1 открыт, транзистор VT2 заперт. Транзистор VT1 будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет величины насыщения. Так как в этот момент скорость изменения магнитного потока становится равной нулю (или очень малой), то э. д. с. во всех обмотках трансформатора также станет близкой к нулю. Происходящее при этом резкое уменьшение токов в обмотках вызывает появление в обмотках э. д. с. с противоположной полярностью (знаки в скобках на 20.13). Теперь базовая обмотка WE создает на базе транзистора VT2 отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, что приводит к отпиранию этого транзистора и возникновению тока в коллекторной обмотке WK. в направлении, указанном пунктирной стрелкой. При этом возрастает э. д. с. базовой обмотки Wg, что приводит к дальнейшему увеличению коллекторного тока и т. д. Процесс протекает лавинообразно и очень быстро приводит транзистор VT2 в режим насыщения. В результате этого процесса почти все напряжение Е окажется приложенным к половине коллекторной обмотки WK- Таким образом, с помощью двух транзисторов осуществляется коммутация тока в коллекторной обмотке трансформатора, а напряжение на каждой половине обмотки имеет практически прямоугольную форму.

Пусть отпирающий базовый ток /6l > 0. Этому току соответствует характеристика в области, на 3.19 заштрихованной. В активном режиме гк=/ко+5гб. При j6=/6l гк = /к1 = /ко+Я/б1«5/бг Коллекторный ток почти не зависит от напряжения, т. е. выходная характеристика проходит почти горизонтально на уровне /К1«57б]. Нагрузочная прямая пересекает эту характеристику в точке iK = /K1, икэ = Е—IKIRK. Напряжение ыкэ стало меньше значения икэ в режиме отсечки. Дальнейшее увеличение базового тока (/б = /62, /б = /бз) приводит к увеличению коллекторного тока. При /б = /б4 нагрузочная прямая пересекает выходную характеристику на восходящем участке, т. е. в области, соответствующей режиму насыщения. Точка пересечения находится ниже уровня ?/б4. Условие i'K < В/6 соответствует режиму насыщения. Транзистор насыщен, напряжение икэ равно напряжению насыщения UKH(UKe<^.E, т.е. ?/„»0).

транзистора Т2 уменьшаются, что вызывает уменьшение напряжения на R3, т. е. на эмиттерах транзисторов. Из-за уменьшения,.' напряжения на эмиттере отпирающее напряжение на эмиттерном переходе транзистора 7\ увеличивается, что приводит к увеличению коллекторного тока этого транзистора и снижению напряжения на коллекторе. Процесс переключения развивается лавинообразно.

к тому, что при равных входных сопротивлениях транзисторов на обеих базах появляются сигналы, равные ?/вх/2 и противоположные по знаку. Это приводит к снижению тока коллектора одного из транзисторов и увеличению коллекторного тока другого транзистора, что в свою очередь вызывает противоположные по знаку изменения потенциалов обоих коллекторов. При полной симметрии схемы

Формирование импульса. Вершина импульса формируется в интервале работы транзистора в режиме насыщения. Будем считать, что заряд в базе практически не меняется в режиме насыщения. После опрокидывания к обмоткам трансформатора приложены напряжения \ut\=UK, \u1\ = KTVUK и в соответствии с законом электромагнитной индукции магнитный поток и ток намагничивания должны возрастать во времени. Увеличение тока намагничивания приводит к увеличению коллекторного тока iK, который, в свою очередь,' обусловливает рост уровня граничного заряда в базе транзистора. Этот процесс приводит к тому, что транзистор в некоторый момент времени переходит из режима насыщения в активный. В этот момент завершается формирование вершины импульса.

1. Электрический пробой, вызванный чрезмерным возрастанием напряженности электрического поля в переходе. Обратный ток при электрическом пробое перехода возрастает потому, что электрическое поле большой напряженности вырывает электроны из ковалентных связей, а это приводит к увеличению концентрации носителей заряда в переходе.

В режиме обогащения ( 3.6, а) границы энергетических зон вблизи поверхности полупроводника n-типа изгибаются вниз. Это приводит к возникновению электрического поля, которое способствует увеличению концентрации электронов на поверхности, т. е. к появлению в узком обогащенном слое объемного заряда Q/i (отнесенного к единице поверхности). Если к МДП-структуре прикладывать соответствующее внешнее электрическое поле, притягивающее к поверхности электроны, то можно обеспечить режим обогащения в приповерхностном слое полупроводника. При этом тип электропроводности этого слоя сохранится, но его удельная проводимость повысится по сравнению с подложкой.

Реакция анодного растворения протекает с участием дырок и электронов, поскольку захват электронов может происходить как из зоны проводимости, так и из валентной зоны полупроводника. Кинетика анодного растворения определяется поверхностной концентрацией дырок, т. е. диффузией их из объема к поверхности. Все внешние воздействия, способствующие увеличению концентрации дырок на поверхности, - нагрев, освещение, инжекция дырок через р-п-переход — ускоряют процесс анодного растворения.

При воздействии радикала С?* на окисленную поверхность кремния присутствие кислорода в решетке препятствует образованию свободного углерода на поверхности за счет образования СО и СО2. Наличие кислорода в газовой фазе при травлении кремния еще в большей степени способствует очищению поверхности от следов углерода, увеличивая тем самым скорость травления. Ионы О2 диссоциируют при столкновении с поверхностью кремния, образуя атомарный кислород, который окисляет углерод до СО или СО2. Наличие кислорода в плазме фторуглеродных газов способствует увеличению концентрации свободного фтора, что также увеличивает суммарную скорость травления.

Тепловой пробой р-и-перехода происходит вследствие вырывания валентных электронов из связей в атомах при тепловых колебаниях кристаллической решетки. Тепловая генерация пар «электрон — дырка» приводит к увеличению концентрации неосновных носителей заряда и росту обратного тока. Увеличение тока сопровождается дальнейшим повышением температуры. Процесс нарастает лавинообразно, происходит изменение структуры кристалла и переход необратимо выходит из строя. Если же при возникновении пробоя ток через ^-«-переход ограничен сопротивлением внешней цепи и мощность, выделяемая на переходе, невелика, то пробой обратим.

Близость локальных уровней к зоне проводимости приводит к тому, что уже при небольшом нагреве атомы примеси ионизируются, отдают дополнительный электрон, при этом число свободных электронов увеличивается. Образование свободных электронов при ионизации донорной примеси сопровождается появлением в узлах кристаллической решетки неподвижных положительных зарядов — ионов примеси. Обмен электронами между атомами примеси невозможен, так как атомы примеси удалены друг от друга и при комнатной температуре все ионизированы. Таким образом, ионизация атомов примеси не приводит к увеличению концентрации дырок, которые образуются только при разрыве связей между атомами полупроводника. Поэтому при введении донорной примеси концентрация свободных электронов оказывается значительно больше концентрации дырок и электропроводность определяется в основном электронами. В этом случае электроны называют основными носителями (их концентрация обозначается пп), дырки— неосновными (концентрация рп), а такой полупроводник называется полупроводником п-типа. Несмотря на преобладание в примесном полупроводнике подвижных носителей одного знака, полупроводник в целом электрически нейтрален, так как избыточный заряд подвижных носителей компенсируется зарядом неподвижных ионов примесей. Для полупроводника n-типа справедливо следующее равенство концентрации отрицательных и положительных зарядов:

Концентрация меняется вследствие изменения ширины энергетических зон полупроводника и смещения примесных уровней, что приводит, в свою очередь, к изменению энергии активации носителей заряда и, следовательно, к уменьшению либо увеличению концентрации.

Выражение (1.3) не зависит от концентрации примесей. Увеличение концентрации примесей, например доноров, приводит не только к увеличению концентрации электронов (основных носителей), но и к пропорциональному уменьшению концентрации дырок (неосновных носителей). Это объясняется увеличением вероятности их рекомбинации, пропорциональной произведению концентраций.

Тепловой пробой р-п перехода происходит вследствие вырывания валентных электронов из связей в атомах при тепловых колебаниях кристаллической решетки. Тепловая генерация пар электрон -г- дырка приводит к увеличению концентрации неосновных носителей заряда и к росту обратного тока. Увеличение тока, в свою очередь, приводит к дальнейшему повышению температуры. Процесс нарастает лавинообразно.

В зависимости от знака и плотности поверхностного заряда приповерхностный слой кремния может находиться в трех различных режимах: обогащения, обеднения или инверсии. Следовательно, плотность поверхностного заряда может быть больше или меньше плотности заряда в объеме подложки или вызывать в приповерхностном слое противоположный по сравнению с объемом подложки тип электропроводности. Энергетические зонные диаграммы, а также графики распределения плотности поверхностного заряда и напряженности электрического поля для различных режимов работы МДП-структуры ( 3.14) приведены на 3.15. В режиме обогащения ( 3.15, а) границы энергетических зон вблизи поверхности полупроводника «-типа изгибаются вниз. Это приводит к возникновению электрического поля, которое способствует увеличению концентрации электронов на поверхности, т. е. к появлению в узком обогащенном слое объемного заряда QA (отнесенного к единице поверхности). Если к МДП-структуре прикладывать соответствующее внешнее электрическое поле, притягивающее к поверхности электроны, то можно обеспечить режим обогащения в приповерхностном слое полупроводника. При этом тип электропроводности этого слоя сохранится, но его удельная проводимость повышается по сравнению с подложкой.

Реакции (12.24) и (12.25), как правило, не играют особой роли в разрушении озона, поскольку окислов азота в атмосфере обычно не так уж и много1. Существуют, однако, два направления деятельности человека, которые в значительной степени способствуют увеличению концентрации стратосферных окислов азота — испытания ядерного оружия и полеты сверхзвуковых самолетов.