Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
интересно развитие процесса диффузии, благодаря усовершенствованию
которого оказалось возможным уменьшить крити-
чесиие размеры. IB настоящее время ширина эмиттерных полосок может 'быть
доведена менее чем до '1 мкм, а толщина базы приблизительно до ОД мкм.
2. Частота отсечки. Частота отсечки jT - наиболее важный Лажтор,
характеризующий чувствительность транзистора "а высокой частоте'. Она
определяется (Л. 21, 22] как частота, на которой коэффициент усиления
тока при коротком замыкании в схеме с общим эмиттером hfj{ = dIcldIB)
равен единице. Частота отсечки связана с физической структурой
транзистора через время задержки от эмиттера К коллектору Тес
¦Время задержки представляет сумму четырех времен, характеризующих
движение неосновных носителей от эмиттера к коллектору.
А. Время установления заряда эмиттерного истощенного слоя
где ге - сопротивление эмиттера; Се - емкость эмиттера; Сс - ем--коеть
.коллектора; Ср - другие паразитные емкости, связанные с базовым выводом,
и Iе - ток эмиттера, примерно -равный току коллектора. Выражение для ге
получено дифференцированием уравнения Шокли, связывающего ток и
напряжение на эмиттере.
Б. Время пролета через базовый слой
где г) -Q для равномерного легирования базы. Выражение '.(35) может быть
получено .путем замены
в-уравнениях i('25) и 1(26), выведенных для коэффициента усиления в схеме
с общей базой при малом сигнале |[Л. 123]:
Время задержки tB определяется как 1/(2nf ), где fa называется, как
правило, частотой отсечки "альфа", при которой усиление падает в Г2 раз
по сравнению с его величиной на низкой частоте. Уравнение '(36) не
учитывает вклада эффективности эмиттера у в зарядное время, так как он
весьма .мал и им можно пренебречь. Для яе-
fT - 2эттес •
(33)
(34)
№
(35)
iB = VAW(1 +'ютв)
1
(36)
равномерного распределения примесей в -базе, т. е. для дрейфового
транзистора (см. рис. 4), фактор г) в уравнении i(,35) всегда больше
двух. Если встроенное поле 6 Ь; постоянно, фактор г) может быть
представлен как (24, 25]
UEB \Ж &
1' п+ / . р / п \ , п+ \
/4 ч Ь wc - V гз 4
К*Л
(37)
где <§о=2DbIv-bW.
Для <g bi/ёо=Ю величина г) примерно равна 60, т. е. значительное
уменьшение тв может быть достигнуто при большом встроенном поле.
Встроенное поле автоматически получается в реальном транзисторе, в
котором использован процесс диффузии базы. Типичный пример показан на
рис. 15 для высокочастотного эпитаксиального п-р-п транзистора с двойной
диффузией. Легирование области базы изменяется приблизительно от 1017 до
концентрации менее чем 1015 см~3 в пределах 2 мкм; это дает увеличение
встроенного поля до величины 150 в/см [уравнение (13)].
В. Время пролета через обедненный слой коллектора (см. рис. 3)
Рис. 15. Одномерная модель высокочастотного п-р-п транзистора с двойной
диффузией.
1 - эмиттер; 2 - база; 3 - эпитаксиальный слой; 4 - подложка.
2 vsl
(38)
где Vsi - предельная, обусловленная только рассеянием, дрейфовая скорость
в коллекторе.
Г. Время задержки коллектора
т'с=ГсСс, (39)
где -"-последовательное сопротивление коллектора и Сс - коллекторная
емкость. Для 'эпитаксиального транзистора гс может быть существенно
уменьшено и время задержки тс может быть пренебрежимо .мало по сравнению
с величиной других рассмотренных постоянных времени.
Постоянная времени гъСс не фигурирует в выражении для /г, однако она
определяет величину коэффициента усиления на высокой частоте [см.
уравнения 1(63)-1(55)]. Частота отсечки "альфа" fa определяется из
уравнения (36) и имеет большое значение для расчета шумов [см. уравнение
(56)], где фаза -между токами эмиттера и коллектора особенно' важна. Для
.расчета частоты отсечки
f мы должны учесть сумму всех времен, записанных в уравнениях (34), (35)
и :(38):
Тес = ТЕ + Тв+*С. (40)
¦Для ОВЧ-транзисторов Тв может выть сравнимо или даже меньше чем другие
времена задержки. Частота отсечки fr дается следующим выражением:
1__________(" [kT (Св + Сс + Ср) ,
h= 2я 7Г +
2^сс \ ' L qI
№ (Xc-W)
С
+ +l C2srl ' ]] • <41>
Из этого выражения ясно, что для 'повышения частоты отсечки толщина базы
у транзистора должна быть очень малой; она является одним из критических
размеров, приведенных на рис. 14. Эпитаксиальный слой также должен быть
тонким. 'Кроме того, необхо-
2,03-10
2,77-3,39 -103
Зг, а/ем1
~\0 -8,0--1,2 ¦10* -1,6-10* -2,0 -10* -2,4-10*
-2,8-10*
Рис. 16. Зависимость электрического поля вдоль структуры от плотности
коллекторного тока при напряжении \Ucb\=^2 в. Профиль легирования показан
на рис. 15 [Л. 27].
димо иметь достаточно высокий 'уровень тока. Когда толщина коллекторной
области уменьшается, это -может -привести к уменьшению ¦величины
пробивного напряжения. Следовательно, требования высокой астотности .и
высоковольтно-сти являются противоречивыми, и для них должен быть найден
компромисс.
Рис. 17. Зависимость концентрации носителей вдоль структуры от плотности
тока при напряжении \tJcb\-2 в. Профиль распределения примесей показан на
