пИй в слоях транзистора будет иметь вид, показанный на iTc 1.21,0-

g отсутствие внешних напряжении на границах раздела трех слоев б азуются объемные заряды, создается внутреннее электрическое ° пе и между слоями действует внутренняя разность потенциалов. Потенциальный барьер в каждом из переходов устанавливается та-0й величины, чтобы обеспечивалось равновесие диффузионного и ппейфового потоков носителей заряда, движущихся через переходы противоположных направлениях, т. е. равенство нулю протекающего через них тока (см. § 1.2). Поскольку концентрации основных (я неосновных) носителей заряда в эмиттерном и коллекторном слоях приняты одинаковыми, потенциальные барьеры в обоих уО-л-перехо-дах согласно выражению (1.11) будут равны. Если за нулевой уровень отсчета принять потенциал базы, то распределение разности потенциалов в транзисторе в отсутствие внешних напряжений будет иметь вид. показанный на рис. 1.21, е.

Внешние напряжения подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода - в обратном направлении. Это достигается с помощью двух источников напряжения U3 и UB (рис. 1.22, а). Напряжение Ua подключается положительным полюсом к эмиттеру относительно базы, напряжение UK - отрицательным полюсом к коллектору относительно базы (схема с общей базой). Изучим процессы, протекающие в эмиттерном переходе, базовом слое и коллекторном переходе транзистора.

Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение Vэ действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок- основных носителей зарядов эмиттерного слоя - уменьшается и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большем количестве переходить (инжектировать) в область базы (рис. 1.22, а, в). Аналогичным образом увеличится диффузионный поток электронов (основных носителей заряда области базы) в эмиттер. С учетом достаточно малой для смещенного в прямом направлении p-n-перехода составляющей дрейфового тока, создаваемой неосновными носителями заряда областей, ток эмиттерного перехода и цепи эмиттера можно записать в виде

/8 =/ *+/ (1-16)

Дырочная составляющая тока /эР создается потоком дырок, переходящих из эмиттера в базу. Большинство дырок в последующем g стигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора. т ктР°нная составляющая тока 1эп обусловлена движением элек-тоцН°В г? азы в эмиттер. Она замыкается по входной цепи через ис-топвИ^ и не используется полезно (для создания тока в коллек-Пеп°И цепи)- Таким образом, функция эмиттерного своХ°Да и пР°цессы в эмиттерном переходе dokI Д„Я1Ся к инжекции носителей заряда (ды-* > в базу.

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является так называемый коэффициент и н ж е к ц. и и у, показы-J вающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет егс дырочная составляющая:

(1.17)1

С точки зрения качества эмиттерного перехода необходимо, чтобь| электронная составляющая эмиттерного тока /эп была существеннс меньше его дырочной составляющей /эр. Это достигается значитель^ ным (на два-три порядка) превышением концентрации основных носителей заряда (дырок) в эмиттере над концентрацией основных носителей заряда (электронов) в базе (рр0 пп0). Как указывалось, задача решается применением высокоомного исходного полупроводника для создания базового слоя и введением большой концентрации акцепторной примеси для получения эмиттерного слоя. Для выпус| каемых промышленностью транзисторов коэффициент инжекции у =J = 0,97ч- 0,995.

Процессы в базовом слое определяются основном поведением дырок, перешедших в баз через эмиттерный переход. Инжектируемые дырки, попадая в базовый слой, повышают концентрацию дырок в базе вблизи эмиттера по сравнению с равновесной концентрацией рш (рис. 1.22, б). На границе с эмиттерным переходом создается коицен; трация дырок рп(0). Величину этой концентрации, зависящей от под веденного напряжения Uэ, находят из соотношения, аналогичного (1.13а) для диода:

Р (0) = Р <>е (1.1

Под действием концентрации рп(0) развивается диффузионное] движение дырок в базе в сторону коллектора, т. е. в направление меньшей концентрации. Концентрация дырок в базе на границе коллекторным переходом устанавливается близкой к нулю, так ка* дошедшие до коллекторного перехода под действием диффузии дыркЛ ускоряются полем перехода и перебрасываются в коллектор. Устано* вившееся при определенном напряжении U3 (определенном токе эмит тера и соответствующей величине р„(0))распределение концентрации дырок в базе показано на рис. 1.22, б.

Ввиду относительно малой толщины базового слоя /б (соизмери! мой с диффузионной длиной дырок Lp) закон распределения коицен трации дырок в базе при диффузии рп(х) близок к линейному. Грг диент концентрации дырок в базе в соответствии с выражением (1.8е определяет диффузионный ток дырок в ней в направлении коллег торного перехода.

Описанный характер движения дырок в базе возможен тольк| тогда, когда количество находящихся в объем базы дырок равно количеству электронов! а распределения их концентраций близки (объемный заряд дыро/ скомпенсирован объемным зарядом электронов), т. е. при условие электрической нейтральности базы.

Электроны, компенсирующие объемный заряд дырок, поступают цепи базы одновременно с дырками, входящими в слой базы сразу п° п0Сле подключения напряжений U3 и Us. В установившемся ре-* ме концентрации дырок рп и электронов пп близки. Распределение концентрации электронов на рис. 1.22, б показано пунктирной кривой.

Наличие дырок и электронов в базе приводит к тому, что в процессе диффузии некоторая часть дырок рекомбинирует с электронами Соис. 1-22, а). В результате актов рекомбинации количество дырок, пошедших до коллектора, не будет равно количеству дырок, поступивших из эмиттера, и, следовательно, дырочная составляющая коллекторного тока /кР будет меньше дырочной составляющей эмит-терного тока /эР. Вследствие рекомбинации некоторого числа дырок с электронами в процессе их движения через базу концентрация дырок уменьшается, что приводит к уменьшению их градиента концентрации по оси х и некоторому отличию кривой рп(х) от линейного закона (рис. 1.22, б).

Вместе с тем акты рекомбинации дырок с электронами создают недостаток электронов, требующихся для компенсации дырок, постоян-новходящих в базу из эмиттера. Необходимые электроны поступают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора /бр (рис. 1.22, а). Следовательно, разность между дырочными составляющими эмиттер-ного и коллекторного токов представляет собой ток базы, обусловленный рекомбинацией в ней дырок. В соответствии с этим запишем соотношение для дырочных составляющих токов транзистора:

/эр=/нр + /бр. (1.19)

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дырок в базе б, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного тока к дырочной составляющей эмиттерного тока:

8 = /КР эР. (1-20)

Желательно, чтобы величина коэффициента б как можно меньше отличалась от единицы. Способы приближения к единице коэффициента 8 направлены на сокращение потерь дырок в базе за счет актов рекомбинации. Это достигается увеличением времени жизни дырок в базе и сокращением времени их нахождения в базе. Сокращение времени нахождения дырок в базе связано с уменьшением толщины зового слоя /б и увеличением скорости их прохождения через базу, леднее используется в так называемых дрейфовых транзисторах кочАа С03Дания в слое базы ускоряющего поля. Типовые значения

Рфициента 8 для транзисторов лежат в пределах 0,96-0,996. ходаЗЛ0Ж6НН0е п03В0ляет уяснить и роль коллекторного р-п-пере-хола пРедназначенного для перевода дырок, достигших этого пере-

Кол КОЛлекто РнУю область (рис. 1.22, в). тавляюи6 /311 Т0К тРанзистора /к, обусловленный дырочной сос-Ц и е н тИ р ис 22, а), связан с током эмиттера /э к о э ф ф и-нтом передачи тока а: