Рис. 5.25. Структура и характеристика однопереходного транзистора

направлении. При напряжении на эмиттере f/geiCAf/e переход смещен в обратном направлении. Во входной цепи течет небольшой обратный ток /эбо (рис. 5.25, б) неосновных носителей заряда (участок 1).

Когда входное напряжение ?7эб1>А/Уб, переход окажется включенным в прямом направлении и через него начнется инжекция неосновных носителей (дырок) из эмиттера в базу. В результате инжекции неосновных носителей начнут уменьшаться объемное сопротивление части базы протяженностью U и напряжение на ней А17б (см. рис. 5.25, а), что приведет к еще большему прямому смещению п-р-перехода, росту прямого тока Ig, вследствие чего на входной статической ВАХ появится участок 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис. 5.25, б). Дальнейшему росту прямого тока Ig соответствует участок 3 ВАХ прямосмещенного р-п-перехода.

Как видим, однопереходный транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях - в закрытом, которое характеризуется относительно большим сопротивлением между выводами транзистора, и в открытом, характеризующимся относительно малым сопротивлением. В открытом состоянии однопереходный транзистор будет находиться до тех пор, пока инжекция носителей через переход будет поддерживать в базе избыточную концентрацию неосновных и основных носителей, т. е. пока ток Ig будет превышать значение тока удержания (тока выключения /выкл).

Модуляция сопротивления базы в результате инжекции носителей через переход позволяет использовать однопереходные транзисторы в качестве переключателей, усилителей, генераторов электромагнитных колебаний.

При этом следует учитывать, что однопереходные транзисторы обладают относительно большим объемом базы, поэтому уступают по частотным свойствам обычным биполярным транзисторам. Их рабочая частота (до 100-300 кГц) ограничена инерционностью процесса переключения. Примером однопереходного транзистора служит прибор КТ117.

§ 5.13. Классификация, система обозначений и типы транзисторов

Классификация. Транзисторы подразделяют по функциональному назначению, электрическим параметрам, исходному материалу полупроводника, технологии изготовления структуры и другим показателям.

По функциональному назначению транзисторы подразделяют на усилительные, генераторные, переключательные, импульсные, универсальные и др. Каждая из этих групп характеризуется специфической системой параметров, которые определяют область их применения. Для практического применения удобно классифицирёвать транзисторы по диапазону рабочих частот и предельно допустимой мощности рассеяния. По значению граничной или предельно допустимой рабочей частоты различают низкочастотные (frp< <30 МГц), высокочастотные (30 МГц</гр<300 МГц) и СВЧ (frp>300 МГц) транзисторы, а по значению рассеиваемой мощности- маломощные (Рк<1 Вт) и мощные (Рк>1 Вт).

По основному материалу полупроводника различают германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые, а по технологии изготовления структур - сплавные, диффузионные, планарные, эпитаксиальные, конверсионные и другие транзисторы.

Сплавные бездрейфовые транзисторы (германиевые, кремниевые) имеют плоскостные несимметричные (резкие) переходы и сильно легированные области эмиттера и коллектора. В исходную пластину полупроводника с высоким удельным сопротивлением с двух сторон вплавляют примеси, формируя эмиттерный и коллекторный переходы. Транзисторы, изготовленные по сплавной технологии, обладают сравнительно большой шириной базы (примерно Шб=40-50 мкм), относительно большой емкостью коллектора Ск=2060 пФ, вследствие чего имеют низкую граничную частоту /гр=0,51,5 МГц. Микросплавные транзисторы, изготовляемые электролитическим травлением с последующим вплавлением легирующих примесей, обладают более тонкой (единицы микрометров) базой и более высокой /гр.

Диффузионные транзисторы формируют методом диффузии легирующих примесей в основную пластину полупроводника. Диффузия является более управляемым процессом, чем сплавление, поэтому можно получить малую (йУб=0,25 мкм) толщину базы. При малой йУб уменьшается время пролета неосновных носителей, увеличивается коэффициент передачи тока базы (ft2is300, а у специальных транзисторов с йУб=0,2-0,3 мкм ft2is«5000) и значительно возрастает граничная частота (frp>300 МГц).

Эпитаксиальные транзисторы можно изготовить с меньшим удельным сопротивлением коллектора, обычно ограничивающим максимальную выходную мощность транзисторов. Достигается это при эпитаксиальной технологии путем уменьшения толщины слабо легированного коллекторного слоя и тем самым снижением его сопротивления.

U \к

Рис. 5.26. Типы структур маломощных транзисторов ,

При эпитаксии чаще всего берут пластину кремния с п+-электро-проводностью (рис. 5.26, а) и удельным сопротивлением около €,01 Ом-см. На нее наращивают эпитаксиальный слой п-типа толщиной 1-10 мкм с удельным сопротивлением 0,1-10 Ом-см. В этот слой методом диффузии вводят акцепторную примесь, формируя базовый р-слой с малой поверхностной концентрацией. В полученный базовый р-слой вплавляют сплавы, формируя п+-область эмиттера и р+-область контакта базы.

Яланйрные транзисторы (planar - плоский) изготовляют в виде плоских структур. Электронно-дырочные переходы в них создают методом локальной диффузии и эпитаксии (наращивания тонких монокристаллических пленок на более толстой подложке монокристалла). Например, основу планарного п-р-п транзистора (рис. 5.26, б) составляет пластина п+-кремния, выполняющая роль коллектора. Сверху она покрыта пленкой диоксида кремния. Через вскрытые «окна» в диоксиде сначала проводят локальную диффузию акцепторной примеси и создают р-слой базы, а затем (при последующей диффузии донорной примеси) п-слой эмиттера.

Планарная технология обеспечивает малую толщину и сопротивление базы, большую ширину коллекторного перехода, что позволило уменьшить Ск, увеличить макс и Рк макс-

Достоинством диффузионно-сплавной и планарной технологии является получение неравномерной концентрации примесей в базе. Вблизи эмиттерного перехода создается высокая концентрация как донорных примесей, так и основных носителей (электронов). В результате возникновения градиента концентраций электроны в базе диффундируют к коллекторному переходу, вследствие чего вблизи эмиттерного перехода появляется нескомпенсированный положительный заряд атомов-доноров. При этом в базе возникает внутреннее электрическое поле, под действием которого (наряду с диффузией) будет совершаться дрейф неосновных носителей, инжектированных с эмиттера. За счет поля время дрейфа неосновных носителей в базе в 2-3 раза меньше времени диффузии, что снижает на высокой частоте их инерционность.

Улучшаются и другие частотные свойства. За счет контроля процесса диффузии можно получить очень тонкую базу, уменьшается время диффузии tд и нарастания тока /нр, следовательно, возрастают коэффициент передачи Й21э и предельная частота fhis транзисторов.