Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
время пролета через слой базы и равна
w2
= <66>
где ц = 2 для случая равномерного легирования базы. Формулу (66) можно
получить, подставив LB = -\f DBiB!{\ -j- /сотд) в выражения (25) и (26),
что дает малосигнальный коэффициент усиления в схеме с общей базой [413:
______________1___________^_________1______
а ~ ch (W /(1 -f jonB)/DBxB) ~ 1 + jW2(a/2DB * (67)
Время задержки хв определяется из формулы 1/2л/а, где /а - так называемая
"альфа"-частота отсечки - равна частоте, на которой усиление падает в
\!У2 раз по сравнению со значением на низкой частоте. Вклад эффективности
эмиттера у во время задержки мал и в формуле (67) не учитывается. В
случае неравномерного распределения примесей в базе, например, как в
дрейфовом транзисторе (рис. 4), коэффициент ц в формуле (66) должен быть
увеличен. Если встроенное поле <tbi постоянно, то коэффиииент г]
принимает значение [42]
ц
. + (**-)'''] , (68)
где Ж у = <2DB/\iI1W. При - Ю v\ - 60, т. е. за счет боль-
шого встроенного поля достигается значительное снижение %в. Встроенное
поле создается автоматически в реальных транзисторах, в которых база
формируется диффузией. На рис. 10 показан типичный пример
высокочастотного эпитаксиального п-р-п-трапзистора, полученного двойной
диффузией.
Третья составляющая времени задержки связана с пролетом носителей через
обедненный слой коллектора (рис. 3):
<69)
где и6 - предельная скорость носителей в коллекторе.
170
Г лава $
1 10 10г Ш3 104
Jc, /1/с/и2
Рис. 19. Время движения носителей от эмиттера к коллектору в зависимости
от плотности коллекторного тока для транзистора, изображенного на рис. 10
[28].
Четвертая компонента задержки обусловлена временем, в течение которого
заряжается обедненная емкость коллектора:
тс = rjCc, (70)
где гс - последовательное сопротивление коллектора, Сс - емкость
коллектора. В эпитаксиальном транзисторе гс может быть существенно
уменьшено и время задержки т'с пренебрежимо мало по сравнению с другими
временами задержки.
Таким образом, выражение для частоты отсечки // имеет вид
* 1 ЬГ(Се + Сс + Ср) , , xc-W U-1
= щ*
(71)
Из выражения (71) видно, что для повышения частоты отсечки необходимо
уменьшать толщину базы транзистора (один из критических размеров,
показанных на рис. 17), толщину коллектора и работать при высоких
плотностях тока. Однако при уменьшении толщины коллектора происходит
соответствующее снижение пробивного напряжения. Следовательно, необходимо
искать компромисс между высокочастотными свойствами транзистора и его
способностью выдерживать высокие напряжения.
С увеличением рабочего тока частота отсечки повышается, так как время
заряда эмиттера хЕ обратно пропорционально току. Вместе с тем, когда ток
становится достаточно большим и плотность инжектированных неосновных
носителей сравнивается или превышает концентрацию примеси в базе,
эффективная толщина базы возрастает от WB до (WB -j- Wc) (разд. 3.2). На
рис. 19 приведены теоретические значения времени задержки носителей при
движении от эмиттера к коллектору тес для транзистора, показанного на
рис. 10 [28 ]. При низких плотностях токов тес
Биполярные транзисторы
171
падает с ростом Jc, как следует из формулы (71), и коллекторный ток
переносится в основном за счет дрейфа, т. е.
J<71с<$с, (72)
где рс, Nc и (%с - подвижность, концентрация примеси и электрическое поле
в коллекторном: эпитаксиальном слое соответственно. При дальнейшем
нарастании тока время задержки принимает минимальное значение, а затем
начинает возрастать, особенно быстро при токе Д. Этому току соответствует
максимальное однородное электрическое поле <SC - {VCo + I Уев |)/№с" где
VCo - контактный потенциал коллектора, УСв - напряжение, приложенное
между базой и коллектором. Токи, превышающие Уь не могут уже переноситься
через эпитаксиальную область коллектора только за счет дрейфовой
компоненты. Величина Ji определяется выражением (72) и равна
Ji = WcNc(Vco + \Vcb\Wc- (73)
В результате эффекта Кирка этот ток является оптимальным с точки зрения
максимальной частоты отсечки. Следует отметить, что с увеличением Усв
одновременно возрастает и величина Уг.
3.3.2. Высокочастотные характеристики
Для описания высокочастотных характеристик транзисторов широко используют
матрицу рассеяния (s-параметры), так как на высоких частотах их измерять
проще, чем другие системы параметров {43, 44]. На рис. 20 показан
обобщенный четырехполюсник с падающими (а1; а2) и отраженными (Ьь Ь2)
волновыми сигналами, используемыми для определения s-параметров.
Четырехполюсник описывается линейными соотношениями
~bi S11 S12 '"Г
А_ . S21 S22- a*.
(74)
где параметры sn, s22, s12 и s21 имеют следующее значение: Ь\
Sn -
_ - коэффициент отражения на входе при согласо-аа~° ванной нагрузке на
выходе (ZL=±Z0 означает, что ас. =0 (Z0 - внутренний импеданс));
Четырех-
полюсник
\Z,
Рис. 20. Четырехполюсник с падающими (alt а2) и отраженными (6f, b2)
волновыми сигналами, используемыми длй определения s-параметров. '
