Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
кремниевого транзистора
1000
вт
100
10
1,0
0,1
0,01
1 1 1 1 чтп в"* К 1 <
г\ 1 \~1/fB ' V
\
1
10
0,01
0,1
1fl Ггц
Ро -X-- PG У 7 р,30
Jo] S ч
О*4! \ \ДУ.
Ga./s п-р-1с -80 ма UCB у 206 п
1}
10
Рис. 22. Выходная мощность в зависимости от частоты для кремниевого
транзистора [Л. 31].
/ - уровень 1968 г.: 2 - уровень 1970 г.
-гоо -wo о юо т зоо °с
Рис. 23. Коэффициенты усиления но току и мощности КР в зависимости от
температуры для п-р-п транзистора нз арсенида галлия [Л. 32].
[Л. 31] показана на рис. 22. На высоких частотах выходная мощность
изменяется приблизительно пропорционально 1 If2, что является результатом
ограничений (Л. 13], накладываемых полем лавинного пробоя и предельной
скоростью дрейфа, которые будут рассмотрены в гл. '5. 'На низких частотах
ограничение величины выходной -мощности главным образом обусловлено
тепловым эффектом. Когда
мощность возрастает, возрастает н температура перехода Тj. Максимальная
Тj ограничивается .температурой, при которой в базовой области
достигается собственная .проводимость. При температуре выше Tj, после
того как коллектор и эмиттер становятся замкнутыми накоротко, прибор
перестает работать как транзистор. Для того чтобы улучшить характеристики
транзистора, необходимо повысить эффективность корпуса, снижая его
тепловое сопротивление, а также использовать материалы с большой шириной
запрещенной зоны, обеспечивающие возможность работы при высокой
температуре.
В связи с указанными 'Требованиями германиевые транзисторы могут иметь
только ограниченное применение, и большинство мощных транзисторов
изготовляется из кремния. Транзисторы яа GaAs, несмотря на существующие
те1хнолога'ческие проблемы, уже продемонстрировали -отличные
.температурные характеристики и весьма •перспективны в качестве мощных
приборов [Л. 32-05]. Рисунок 23 иллюстрирует температурные зависимости
коэффициента усиления тока в схеме с общим эмиттером и малосигнального
коэффициента усиления .по мощности на -частоте 50 Мгц для п-р-п
транзистора из арсенида' таллия с-двойной диффузией (для легирования базы
и эмиттера использованы цинк и олово соответственно) |Л. 32]. Ори
изменении температуры от комнатной до -350 t усиление по .мощности падает
всего лишь на 3 дб. Усиление тока остается по существу постоянным во всем
температурном диапазоне. Отличные характеристики при 'высоких
температурах обусловлены для арсенида галлия широкой запрещенной -зоной.
Установлено также, что эти приборы "вполне работоспособны при температуре
жидкого гелия .(4С'К): это объясняется главным образом тем, что уровни
.примесных 'атомов являются достаточно мелкими, и основные носители ме
вымораживаются даже при 4 °К.
Теперь сравним характеристики мощных транзисторов на Ge, Si я GaAs,
геометрия и структура которых аналогичны показанной на рис. 11'2,б, а
.параметры -материала -перечислены в табл. 6-1. Для регулировки больших
.мощностей ширина полоски S и толщина базы Wb должны быть подобраны
соответствующим образом.
Большое количество эмиттериых полос -и контактов к базе (или overlay-
структура {Л. 31]) используется для того, чтобы пропустить большой
входной ток и .распределить его более .равномерно. ."Оверйей"--структура
состоит из: а)' очень малых -отдельных
-эмиттеряых элементов, представляющих -протяженную эмиттерную полоску .с
большим периметром; б) дополнительной диффузионной базовой -области,
равномерно распределяющей базовый ток, -подходящий к отдельным эмиттерным
элементам; в)- вмиттар-ной .металлизации, к-оторая проходит .поверх
базовых областей и соединяет отдельные эмиттерные элементы в -параллели.
'Сравнительные данные для транзисторов приведены в табл. 6-4, из которой
видно, что для Данного профиля легирования коллектора рабочее напряжение
возрастает у приведенных полупроводников с увеличением ширины запрещенной
зоны Ее, так как п.р,и этом растет величина пробивного напряжения.
Максимальная температура перехода - это температура, при которой базовая
область становится областью .с собственной проводимостью. Мы видим, что в
этом смысле наиболее перс-
Характеристики мощных транзисторов
Таблица 6-4
Параметры Ge Si GaAs
{р-п-р) [п-р-п) С-р-п-р)
Ширина запрещенной зоны при 0,80 1,12 1,43
300 ° К, эв
Рабочее напряжение, в 20 50 55
Максимальная температура пере- 100 200 450
хода Tj, °С 0,5 1
Теплопроводность k 0,3
VмощностьХимпеданс. 2-10" 4-10" 4,6-10"
М &mPs 1 ,
к- , в сек 2 п
пект.ввным является арсенид галлия. Для обеспечения рассеяния тепла
наиболее важным параметром является теплопроводность. Максимальную
теплопроводность имеет кремний. Абсолютное ограниче-
ние 1['Л. 13] зависимости
Рис. 24. Зависимость коллекторного тока от напряжения между эмиттером и
коллектором в условиях вторичного пробоя.
F, О и R - характеристики для случая прямого смещения, нуля и обратного
смещения базы соответственно: /и D - начало неста-
бильности и разрушения [Л. 38].
