переходов. Технология изготовления дрейфовых транзисторов обеспечивает гораздо меньшие площади, чем сплавная технология, и это способствует уменьшению барьерных емкостей. Однако относительная роль коллекторной емкости у дрейфовых транзисторов выше, поскольку в связи со специфической их конфигурацией (см. рис. 4-36) площадь коллектора существенно брльше площади эмиттера.

Заметим еще, что коллекторный слой у дрейфовых транзисторов может иметь сравнительно большое сопротивление. Это объясняется, во-первых, значительной толщиной коллектора (она близка к толщине, исходной пластинки на рис. 4-36) и, во-вторых, тем, что исходная пластинка имеет довольно большое удельное сопротивление (в противном случае было бы трудно обеспечить высокое пробивное напряжение, малую коллекторную емкость, а также достаточный перепад концентрации примеси в базе, поскольку концентрация (к)) растет вместе с концентрацией Nt, см. рис. 4-37). Большое сопротивление коллекторного слоя особенно нежелательно в ключевых схемах .

Распределение носителей в базе. Анализ дрейфового транзистора сложнее, чем бездрейфового. В самом деле, при наличии поля нельзя пользоваться диффузионными уравнениями (1-79), а нужно использовать полные уравнения непрерывности (1-78) вместе с уравнением Пуассона (1-80). Кроме того, следует учитывать, что подвижности носителей, а значит, и коэффициенты диффузии являются функциями концентрации примесей и, следовательно, существенно меняются вдоль базы. При этом получается система нелинейных уравнений, разрешить которую в общем виде не удается. Поэтому подвижность так или иначе усредняют и считают постоянной. Считают также постоянным собственное поле в базе, причем это приближение имеет под собой довольно прочное основание, если положить в основу распределение примеси (4-120). Действительно, в § 1-12 для такого распределения было получено [см. (1-94)]:

. (4-121)

Следовательно, потенциал вдоль базы меняется линейно:

9£W = 9£(0)-b97-f-д

где фЕ (0) - электростатический потенциал на эмиттерной границе базы.

Соответствующая зонная диаграмма показана на рис. 4-38. Поскольку эта диаграмма, как и прежние, построена применительно

* В последние годы найдены эффективные методы, позволяющие обеспечить малое сопротивление коллекторного слоя при достаточно высоком его у д е л ь -и о м сопротивлении (см. § 4-13).

Коллекторный.

к электронам, положительный градиент потенциала соответствует положительному полю, направленному по оси х. Такое поле способствует движению инжектированных дырок .

В равновесном состоянии электроны в базе дрейфового транзистора р-п-р распределены почти так же, как доноры, т. е. их концентрация экспоненциально уменьшается от эмиттера к коллектору. Концентрациядыроксогласно (1-16) должна при этом экспоненциально возрастать (рис. 4-39). Эти распределения поддерживаются благодаря тому, что диффузионные составляющие токов уравновешиваются дрейфовыми составляющими (больцмановское равновесие).

При включении достаточно большого отрицательного смещения на коллектор концентрация р (w) согласно (2-13а) падает почти до нуля. Так как в точке л: = О концентрация дырок с самого начала была очень малой, приходим к выводу, что распределение р (х), определяющее ток /ко, будет почти таким же, как и в бездрейфовых транзисторах [см. (4-28)]. Однако тепловой ток дрейфовых транзисторов имеет меньшее значение из-за малой площади и меньшей толщины базы [см. (4-296)].

Когда задан ток эмиттера и имеет место инжекция, распределение носителей получается весьма своеобразным, отнюдь не линейным, как у бездрейфовых транзисторов. В самом деле, если бы движение дырок было чисто дрейфовым на всем протяжении базы, концентрация р не должна была бы зависеть от координаты х, т. е. представлялась бы горизонтальной линией. Однако вблизи точки x = w, где р (w) = О, неизбежен спад концентрации, а следовательно, возрастает роль диффузии. Поэтому в относительном масштабе распределение р (х) имеет приблизительно такой вид, как показано на рис. 4-40 (кривые т) = 1, 2, 4).

Для того чтобы найти распределения, показанные на рис. 4-40, подставим в уравнение непрерывности (1-78а) напряженность полз из (4-121); при этом выпадает член с дЕ/дх, поскольку Е = const. Кроме того, учитывая замечания, сделанные применительно к распределению (4-17а), пренебрежем с самого начала генерационным членом ро/т. Тогда стационарное уравнение непрерывности для

Рис. 4-38. Зонная диаграмма 1В0Г0 транзистора в равновесном состоянии.

* Наряду с основным ускоряющим полем, действующим на протяжении почти всей базы, имеется еще и тормозящее поле, сосредоточенное на небольшом участке вблизи эмиттерного перехода [78, 14]. Происхождение тормозящего поля связано с тем, что кривая Лд (л:) у реальных приборов не является монотонно спадающей, как показано на рис. 4-37, а имеет максимум при л: > 0. В дальнейшем наличие тормозящего поля не учитывается, так как оно не меняет принципиальных особенностей дрейфовых транзисторов.

полных концентраций можно записать в следующем виде:

(4-122)

dx w dx -

Безразмерный коэффициент г\ называется коэффициентом неоднородности базыН

(4-123а)

Для однородной базы, в которой 1д = оо, получается г] = 0. Если в формулу (4-120) полставить х = w п положить = Lj,

то коэффициент неоднородности ®

Коллекторный. переход

можно выразить через граничные концентрации примеси:

С8 s/w

Рис. 4-40. Распределение концентрации инжектированных дырок в базе дрейфоЬого транзистора при низких уровнях инжекции.

Рис. 4-39. Распределение равновесных концентраций носителей в базе дрейфового транзистора. Точками показано распределение дырок при инжекции (см. рис. 4-40). .

Отношение граничных концентраций уУд (0) и {w) может быть весьма большим, но все же оно ограничено. Действительно, значение (0) должно удовлетворять условию высокого коэффициента инжекции уУд (0) < N, (где Ла.э концентрация акцепторных примесей в эмиттере), а значение /?д {w), как видно из рис. 4-37, всегда превышает концентрацию Ла.к в исходной пластине. Поскольку концентрация yVg.g ограничена (сверху) предельной растворимостью примесей, а концентрация N.s. (снизу) - допустимым удельным сопротивлением коллекторного слоя (или достижимой степенью очистки полупроводника), то реальные отношения граничных концентраций Лд (0) и Лд (ви) обычно лежат в пределах от 10 до 10*, а коэффициент неоднородности составляет т) = 2 -4- 4.

Общим решением уравнения (4-122) является функция

p(x)Aie + Aei. (4-124)

Эту же величину часто называют коэффициентом поля (см. с. 85). Разница в определениях (4-123а) и (1-124) объясняется тем, что в § 1-13 толщина полупроводника считалась очень большой {w > L), тогда как в транзисторах толщина ба.зы мала (ви < £.). Поэтому в первом случае параметр £.д было целесообразно сравнивать с величиной а во втором случае - с величиной w.