Сравнивая структуры дрейфового и бездрейфового транзисторов (см. рис. -4-3), видим, что они заметно различаются. А Именно, дрейфовый транзистор значительно более несимметричен: коллекторный слой много толще двух других слоев, велика разница в площадях эмиттера и коллектора, по существу отсутствует пассивная область базы. Все эти особенности обусловлены тем, что в случае дрейфовых транзисторов исходная пластина полупроводника служит основной для создания слоев базы и эмиттера, а сама она в дальнейшем играет роль коллектора, тогда как в случае бездрейфовых (сплавных) транзисторов- исходная пластина служит основной для создания слоев эмиттера и коллектора, а сама она в .Р. дальнейшем играет роль базы.

Резкая асимметрия дрейфовых транзисторов делает их практически необратимыми приборами. Кроме того, она осложняет анализ, тех случаев, когда существенна неодномерность транзистора. Однако при анализе нормального усилительного режима использование одномерной модели вполне оправдано, поскольку движение инжектированных носителей в активной области базы происходит почти строго по оси x (рис. 4-36).

Как уже отмечалось, база дрейфовых транзисторов получается путем диффузии примесей в глубь исходной пластины (на рис. 4-36 рдоль оси х).

Согласно законам диффузии распределение примесных атомов в слое базы должно выражаться дополнительной функцией ошибок 1см. (4-149)]:

Рис. 4-36. Упрощенные структуры дрейфовых транзисторов.

а - выводы электродов в разных плоскостях (мезатехнология и сплавно-диффузионная технология); б - выводы электродов в одной плоскости (планарная технология). Точками показаны лнини тока от эмиттера к коллек-/ тору.

М,{х)==Мб(0)сет1

I x \

-N,1

где x - расстояние, отсчитываемое от эмиттера в глубь базы; - средняя длина диффузии примеси за время нагрева.

Поскольку функция сег!(г) близка к спадающей экспоненте (ем. сноску на с. 84), можно записать приближенное выражение

Мб{х)Мб{0)е Ч (4-120)

которым широко пользуются при анализе дрейфовых транзисторов.

. Помимо геометрической асимметрии, отмеченной выше, дрейфовым транзисторам свойственна асимметрия электрическая: коллекторный и эмиттерный слои в отличие от сплавных транзисторов имеют резко отличающиеся удельные сопротивления.

в работе 176] на основании измерений отмечается, что в реальных приборах распределение примесей ближе к экспоненте, чем к функции ошибок. Поэтому функция (4-120) является.не только приближением, но и экспериментально установленным фактом.

Диффузионная технология позволяет получить очень тонкую базу, что само по себе (даже без учета распределения примесей) приводит к ряду важных следствий. А именно, при прочих равных условиях существенно уменкшается время диффузии to и увеличивается коэффициент передачи р, поскольку оба эти параметра зависят от квадрата толщины базы . Толщина базы у дрейфовых транзисторов в 10-20 раз меньше, чем у. сплавных, а.потому время диффузии to и постоянная времени т оказываются меньше в сотни раз; соответственно увеличивается граничная частота / . Коэффициент передачи р по тем же соображениям должен был бы доходить до 3000 и больше. На самом деле он значительно меньше и обычно не превышает 200-300. Это объясняется тем, что величины а и Р зависят не только от толщины базы, но также от времени жизни и коэффициента инжекции. В связи с повышенной концентрацией примесей вблизи эмиттера время жизни в базе дрейфового транзистора значительно меньше, чем у сплавного, (см. рис. 1-24, а), а коэффициент инжекции более заметно отличается от единицы 1см. (2-35)]. Тем не менее у специальных типов дрейфовых транзисторов [771 удается получить значения р до 5000 и более, уменьшая толщину базы до долей микрона . Однако такие значения р получаются за счёт резкого уменьшения рабочих напряжений: напряжение смыкания (4-78) составляет у этих транзисторов всего 1-1,5 В.

Теперь учтем неравномерное распределение примесей в базе на примере р-п-р транзистора (рис. 4-37, где - длина диффузии доноров) и покажем те следствия, к которым приводит такая неравномерность. Прежде всего очевидно, что слой базы, прилегающий к коллекторному переходу, является почти собственным полупроводником, так как здесь продиффундировавшие донорные атомы в значительной мере компенсируют акцепторные атомы исходного кристалла. Следовательно, удельное сопротивление этого слоя базы велико и коллекторный переход оказывается довольно широким. Соответственно емкость получается значительно (почти на порядок) меньшей, чем у сплавных транзисторов; она может составлять несколько пикофарад и менее. По вполне понятным причинам коллекторный переход является плавным, а не ступенчатым, и потому емкость описывается формулой (2-83).

По мере удаления от коллектора в глубь базы концентрация доноров растет, а удельное сопротивление уменьшается. Сопротивление активной области базы можно рассматривать как результат

* Зависимость <д ~ fi? очевидна из (2-88), а зависимость Р ~ - из (4-756).

2 Транзисторы этого типа принято называть супербета-транзисторами . Для них характерны значения 0,2-b0j3 мкм.

параллельного соединения отдельных слоев, имеющих разную удельную проводимость. Очевидно, что сопротивление Гб определяется в основном тем участком базы, который прилегает к эмиттер-ному переходу и имеет наибольшую удельную проводимость. Поэтому, несмотря на значительно меньшую толщину базы w, значение Гб У дрейфовых транзисторов примерно такое же, как у сплавных, и даже, меньше.

Эмиттерный переход у дрейфовых транзисторов, как правило, ступенчатый. Поскольку граничная концентрация доноров в базе Л?д (0) велика, концентрация акцепторов в эмиттере должна быть еще большей, и эмиттерный переход получается очень узким. В результате при подаче на эмиттер отрицательного запирающего напряжения этот переход легко пробивается. Пробой носит туннельный характер (см. § 2-7) и происходит при очень небольшом напряжении (1-2 В). Пробой эмиттера оказывает значительное влияние на работу многих импульсных схем, в которых запирание транзистора является необходимым элементом рабочего цикла. Эта важная специфика дрейфовых транзисторов не является, однако, препятствием для применения их в ключевых схемах, так как пробой перехода при ограниченном токе является обратимым явлением (как в полупроводниковом стабилитроне) и не представляет никакой опасности. Инжекция в режиме пробоя, как известно, отсутствует, и, следовательно, по коллекторной цепи транзистор остается запертым.

Меньшая ширина эмиттерного перехода у дрейфовых транзисторов при прочих, равных условиях означает большое значение барьерной емкости Се. Это обстоятельство вместе с гораздо более высокой частотой fa делает существенным влияние емкости Ца коэффициент инжекции [см. (4-30)1. Иначе говоря, частотные свойства дрейфовых транзисторов могут ограничиваться не временем пролета, а постоянной времени ty. Для того чтобы уменьшить влияние емкости Cg, дрейфовые транзисторы часто используют при большем токе эмиттера, например 4-5 мА вместо 1 мА. Тогда сопротивление уменьшается и постоянная времени rjC оказывается достаточно малой.

.Конечно, значения барьерных емкостей Ск и Сд зависят не только от соотношения удельных сопротивлений слоев, но и от площадей

Рис. 4-37. Распределение примесей в базе дрейфового транзистора.