наиболее прост и удобен для анализа. База этого транзистора однородна, поэтому механизм движения носителей - диффузионный. Удельные сопротивления слоев эмиттера и коллектора практически одинаковы, так что фактором, обусловливающим асимметрию транзистора, является только различие площадей и s. Асимметрия транзистора преследует ту цель, чтобы дырки, инжектируемые эми-Гтером и диффундирующие под некоторым углом к оси транзистора, по возможности полнее собирались коллектором.

База сплавного транзистора отличается от базы идеализированной структуры (см рис. 4-1) наличием трех участков, которые называют активной, промежуточной (или коллекторной) и пассивной областями базы. Активной областью базы является цилиндрический объем с высотой w и плошадью, равной поверхности эмиттера Sj. Промежуточной областью базы является кольцевой объем с площадью основания Sk - и высотой, равной расстоянию от коллектора до противоположной поверхности базовой пластинки. Наконец, пассивной областью базы является ее объем, расположенный вне коллектора. Для первоначального ознакомления с транзистором можно пренебречь пассивной и промежуточной областями и считать транзистор симметричным, имеющим одинаковую площадь S = Sg во всех сечениях (см. рис. 4-1). Обычно соблюдается соотношение wys, т. е. размеры транзистора в направлениях, перпендикулярных главной оси, много больше толщины базы. В такого транзисторе краевые эффекты не очень существенны, и его можно считать одномерным, т. е. можно предположить движение носителей только вдоль главной оси, без отклонения в стороны. Такая одномерная модель будет всегда подразумеваться, если не сделано специальных оговорок .

Инжекция и собирание неосновных носителей. На рис. 4-5, а показана энергетическая диаграмма транзистора в равновесном состоянии. Диаграмма показывает, что эмиттер и коллектор представляют собой низкоомные слои (уровень Ферми лежит вблизи уровней акцепторов), а база - сравнительно высокоомный слой (уровень Ферми расположен вблизи середины запрещенной зоны). Легко видеть, что электроны базы и дырки эмиттера и коллектора находятся в потенциальных ямах , из которых они могут перейти в смежный слой только благодаря достаточно большой тепловой энергии. Наоборот, дырки базы и электроны эмиттера и коллектора находятся на потенциальных гребнях , с которых они могут свободно переходить в смежный слой. В равновесном состоянии на обоих переходах имеется динамическое равновесие между потоками дырок (а также между потоками электронов), протекающих в ту и другую сторону.

* Одномерная модель не может отразить влияния поверхностной рекомбинации, но это влияние, как известно, учитывается при использовании э ф-фективного времени жизни (см. § 1-10).

Пусть на эмиттерном переходе задано нормальное для него положительное смещение, а коллекторный переход по-прежнему замкнут (рис. 4-5, б). Тогда потенциальный барьер эмиттера понизится и начнется инжекция дырок в базу и электронов в эмиттер.

3 в

л /

ifeL

Рис. 4-5. Зонные диаграммы для транзистора при различных режимах его работы.

При большой разнице в удельных сопротивлениях слоев Э vi Б электронная составляющая тока, как известно, не играет большой роли и ею пока можно пренебречь. Инжектированные дырки, пройдя базу, доходят до коллекторного перехода и свободно проходят в коллектор. Значит, в выходной цепи будет протекать ток, близкий

к току эмиттера, поскольку рекомбинация в тонкой базе невелика. Небольшая разность между эмиттерным и коллекторным токами составляет ток базы, причем этот ток обусловлен электронами, которые призваны пополнять убыль электронов в базе при рекомбинации их с дырками. Поскольку напряжение равно нулю, полезная мощность не выделяется и усиление отсутствует. Если в выходную цепь включить сопротивление для выделения мощности (рис. 4-5, в), то падение напряжения на этом сопротивлении создаст положительное смещение коллектора. Тогда наряду с собиранием дырок, дошедших до эмиттера, будет происходить инжекция дырок самим коллектором. В результате коллекторный ток стайер заметно меньше тока эмиттера, мощность в нагрузке будет очень невелика и усиления мощности не будет.

В нормальном усилительном режиме на коллекторный переход задается достаточно большое отрицательное смещение, которое приводит к существенному повышению потенциального барьера у коллектора (рис. 4-5, г). Теперь можно включать в выходную цепь значительные сопротивления без опасения вызвать инжек-цию через коллекторный переход . При этом можно получить значительную выходную мощность, а главное - усиление мощности, так как токи 1 и почти одинаковы, а сопротивление нагрузки превышает сопротивление эмиттерного перехода.

Пусть теперь коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттер оборван (рис. 4-5, д). Высокий потенциальный барьер коллектора практически исключает уход дырок из коллектора в базу. Следовательно, ток через коллекторный переход обусловлен неуравновешенным потоком дырок из базы в коллектор. Токи /к и /б Б этом случае невелики и, конечно, равны друг другу, поскольку /д = 0. Экстракция дырок из базы через коллекторный переход создает отрицательный градиент их концентрации вдоль базы Б сторону коллектора. В результате уменьшается тот поток дырок из базы в эмиттер, который был в равновесном состоянии (рис. 4-5, а), и встречный поток дырок из эмиттера в базу оказывается неуравновешенным. Это вызывает накопление положительного заряда Б базе, а в эмиттере образуется такой же отрицательный заряд. Соответственно несколько возрастает разность потенциалов на эмиттерном переходе, так что поток дырок из эмиттера уменьшается и в конце концов снова становится равным потоку дырок из базы. Тогда ток /э делается равным нулю, как и должно быть при оборванном эмиттере.

Аналогично можно рассмотреть и другие возможные режимы транзистора, в том числе инверсное включение (см. § 4-1).

Во всех случаях у транзистора р-п-р главными рабочими носителями, образующими токи через переходы, являются д ы р к и, а ток базы всегда обусловлен электронами; последние ком-

Для этого сопротавление должно удовлетворять условию