V. Способы и методы обеззараживания и/или обезвреживания медицинских отходов классов Б и В
VII.2.2) Способы приобретения права собственности.
XII. Способы оплаты труда
Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы описания алгоритма. Примеры.
Амортизационная политика как элемент финансовой политики организации: сущность, способы начисления амортизации и влияние на финансовые результаты
Амортизация ОС. Способы
Амортизация основных средств. Объекты, не подлежащие амортизации. Способы начисления амортизационных отчислений.
Ассортимент, способы приготовления и правила подачи, требования к качеству, сроки хранения и реализации блюд из каш
Банковская гарантия и поручительство как способы обеспечения исполнения обязательств.
Для повышения быстродействия ключа используют следующие способы:
1) увеличивают значения входного тока транзистора в промежутки времени, соответствующие его отпиранию и запиранию, что позволяет быстрее заряжать и разряжать емкости переходов транзистора;
2) уменьшают коэффициент насыщения транзистора, что приводит к уменьшению емкостей БТ. Эти способы реализуются в схеме ключа с форсирующей емкостью (рис. 8.6) и схеме ключа с диодом на барьере Шотки (ДБШ) (рис. 8.7) соответственно. При реализации ключей в интегральном исполнении второй способ оказывается более предпочтительным, но при этом растут потери в закрытом состоянии ключа.
В схеме с форсирующей емкостью (см. рис. 8.6) при подаче входного открывающего сигнала сопротивление емкости CФ значительно меньше сопротивления резистора RФ, в связи с этим большой ток заряда емкости приводит к возрастанию тока базы и быстрейшему открыванию транзистора. В открытом состоянии транзистора, когда емкость зарядилась практически до напряжения Uвхm , ток базы уменьшается и его величина определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов RГ + RФ. При подаче на вход ключа запирающего напряжения Uвх =0 , к базе транзистора приложено напряжение -Uвхm , обусловленное наличием заряженного конденсатора CФ, что приводит к увеличению токов разряда емкостей транзистора.
Наиболее перспективным способом увеличения быстродействия ключа является применение нелинейной отрицательной обратной связи (см. рис. 8.7). В закрытом состоянии транзистора ДБШ, включенный параллельно коллекторному переходу, также закрыт, поскольку потенциал коллектора выше потенциала базы. Свозрастанием коллекторного тока потенциал коллектора уменьшается, когда напряжения на коллекторе и базе становятся равными, открывается ДБШ, пороговое напряжение которого Uпор = 0 1-0,2 В. Входной ток перераспределяется между базой БТ и ДБШ. Это препятствует дальнейшему росту тока базы и не позволяет входить БТ в режим насыщения, что уменьшает емкости его переходов.
Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 32 ; Нарушение авторских прав
Источник
Конструктивно-технологические приёмы повышения параметров биполярного транзистора
1. Для получения как можно более близкого к единице коэффициента инжекции, концентрация примесей в эмиттере должна быть больше, чем в базе. Этим обеспечивается преимущественная инжекция носителей из эмиттера в базу. Так уменьшается вклад компоненты тока эмиттера, обусловленной инжекцией носителей из базы в эмиттер, которая не участвует в управлении током коллектора. В идеале желательно иметь одностороннюю инжекцию из эмиттера в базу.
Зависимость коэффициента инжекции от концентрации примеси в эмиттере имеет максимум. Это связано с тем, что с ростом концентрации примеси происходит увеличение скорости Оже-рекомбинации в эмиттере. За счёт этого происходит уменьшение диффузионной длины электронов в эмиттере и, следовательно, увеличение инжекции из базы в эмиттер. С ростом концентрации примеси уменьшается ширина запрещенной зоны в эмиттере. Поскольку в дрейфовом транзисторе концентрация примеси растёт в направлении от базы к поверхности эмиттера, в эмиттере возникает варизонная структура [Тугов, с. 39]. Ширина запрещённой зоны в эмиттере плавно уменьшается при приближении к поверхности эмиттера. Наличие варизонной структуры в эмиттере вызывает уменьшение коэффициента инжекции.
Чрезмерное уменьшение концентрации примеси в базе нежелательно. При этом увеличивается сопротивление активной базы току базы. Это ухудшает частотные свойства транзистора. Кроме этого, при низком уровне легирования базы напряжение коллектор-эмиттер может быть ограничено проколом базы.
2. Транзистор конструируется с площадью коллектора большей площади эмиттера. Для дискретного транзистора в 1,5 – 3 раза, для интегрального транзистора в 15 – 20 раз. Это делается для того, чтобы уловить коллектором как можно больше носителей, которые диффундируют в пассивной базе в направлении вывода базы. Между эмиттером и пассивной базой имеется градиент концентрации инжектированных носителей. Поэтому носители перемещаются в направлении параллельном коллекторному переходу. Большая площадь коллектора позволяет улавливать основную часть этих носителей.
3. Для повышения коэффициента передачи необходимо, чтобы ширина базы была намного меньше диффузионной длины инжектированных носителей. Это обеспечит близкий к единице коэффициент переноса носителей через базу. Однако, чем меньше ширина базы, тем при меньшем напряжении коллектор-эмиттер происходит прокол базы.
4. Поверхность кристалла подвергается химической полировке, при этом удаляется часть поверхностных дефектов. Это уменьшает скорость рекомбинации на поверхности пассивной области базы. При этом увеличивается вероятность попадания носителя в коллекторный переход при движении в базе после взаимодействия его с поверхностью пассивной базы.
5. Удаление выводов базы от активной области позволяет уменьшить рекомбинацию на выводах базы. Чем больший путь должен пройти носитель, чтобы достичь вывода базы, тем больше вероятность перехвата его коллектором.
6. Глубина залегания эмиттерного перехода должна быть 10 – 20 раз меньше ширины эмиттерного перехода, чтобы обеспечить преимущественную инжекцию из эмиттера в активную часть базы, а не в пассивную, через боковую поверхность эмиттера. Однако она не может быть меньше 50 нм, иначе невозможно создать надёжный контакт с металлизацией. Кроме этого необходимо обеспечивать заданное обратное напряжение эмиттерного перехода. Обратное напряжение возникает при работе транзистора в генераторных и ключевых схемах. Оно будет определяться сферической частью эмиттерного перехода и пробоем по поверхности, так как поверхностная концентрация примесей базы существенно больше, чем донная. Чем меньше радиус сферической части эмиттера, тем меньше напряжение пробоя. Радиус примерно равен глубине залегания эмиттера. Обычно допустимое обратное напряжение на эмиттерном переходе не превышает 5 В.
7. При технологии двойной диффузии распределение концентрации носителей в активной базе имеет максимум. За счёт этого у эмиттерного конца базы возникает тормозящее поле для носителей, инжектированых из эмиттера, а у коллекторного – ускоряющее. В большей части базы поле является ускоряющим. Наряду с диффузией появляется дрейф инжектированных носителей в направлении коллектора. Это уменьшает время движения их в базе. Тем самым улучшаются частотные свойства транзистора. Подавляющее большинство выпускаемых транзисторов являются дрейфовыми.
8. Для уменьшения эффекта вытеснения тока к краю эмиттера, что приводит к уменьшению коэффициентов передачи тока эмиттера и базы, увеличивают периметр эмиттера. Для этого эмиттер и базу делают либо гребенчатыми или выполняют в виде отдельных ячеек.
9. В перспективных разработках переход база эмиттер выполняется в виде гетероперехода. Эмиттер изготавливают широкозонным, а базу узкозонной. Это позволяет обеспечить практически одностороннюю инжекцию из эмиттера в базу. В такой гетероструктуре потенциальный барьер для инжектируемых носителей из эмиттера меньше, чем для носителей, которые инжектируются из базы в эмиттер. При этом появляется возможность более сильно легировать базу для уменьшения сопротивления базовому току, что повышает предельную частоту транзистора. База может быть легирована даже в большей степени, чем эмиттер.
10. Для повышения быстродействия транзистора используют материал с большей подвижностью. Так подвижность электронов в арсениде галлия примерно в три раза больше, чем у кремния. Алмаз имеет ещё большую подвижность носителей. Обычно при улучшении частотных свойств, уменьшается коэффициент передачи тока. В перспективе для улучшения частотных свойств без снижения усилительных, возможно одновременное применение широкозонного эмиттера и варизонной базы. Плавное уменьшение ширины запрещенной зоны в базе по направлению к коллектору приводит к появлению электрического поля, ускоряющего инжектированные носители к коллектору.
11. Для увеличения температурного диапазона работы транзистора его изготавливают из материала с большей, чем у кремния шириной запрещённой зоны. Например, транзистор на основе гетероструктуры GaP-AlGaP работает в температурном диапазоне от –195 до +550 о С. Алмазные транзисторы имеют ещё больший верхний предел по температуре.
Статические характеристики биполярных транзисторов
Обычно анализируют входные и выходные характеристики БТ в схемах с общей базой и общим эмиттером. Для определенности и преемственности изложения будем рассматривать p-n-p-транзистор.
Семейство входных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимость IЭ = f(UЭБ) при фиксированных значениях параметра UКБ — напряжения на коллекторном переходе (рисунок 3.5,а).
а)
б)
Рисунок 3.5 Входные (а) и выходные (б) характеристики БТ в схеме включения с ОБ
При UКБ = 0 характеристика подобна ВАХ p-n-перехода. С ростом обратного напряжения UКБ (UКБ
Семейство выходных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимости IК = f(UКБ) при заданных значениях параметра IЭ (рисунок 3.5,б).
Выходная характеристика p-n-p-транзистора при IЭ = 0 и обратном напряжении |UКБ 0 основная часть инжектированных в базу носителей (дырок в p-n-p транзисторе) доходит до границы коллекторного перехода и создает коллекторный ток при UКБ = 0 в результате ускоряющего действия контактной разности потенциалов. Ток можно уменьшить до нуля путем подачи на коллекторный переход прямого напряжения определенной величины. Этот случай соответствует режиму насыщения, когда существуют встречные потоки инжектированных дырок из эмиттера в базу и из коллектора в базу. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба тока одинаковы по величине (например, точка А’ на рисунок 3.5,б). Чем больше заданный ток IЭ, тем большее прямое напряжение UКБ требуется для получения IК = 0.
Область в первом квадранте на рис. 3.5,б, где UКБ 0 (что означает прямое напряжение UЭБ) соответствует нормальному активному режиму (НАР). Значение коллекторного тока в НАР определяется формулой (3.11) IК = aIЭ + IКБО. Выходные характеристики смещаются вверх при увеличении параметра IЭ. В идеализированном транзисторе не учитывается эффект Эрли, поэтому интегральный коэффициент передачи тока a можно считать постоянным, не зависящим от значения |UКБ|. Следовательно, в идеализированном БТ выходные характеристики оказываются горизонтальными (IК = const). Реально же эффект Эрли при росте |UКБ| приводит к уменьшению потерь на рекомбинацию и росту a. Так как значение a близко к единице, то относительное увеличение а очень мало и может быть обнаружено только измерениями. Поэтому отклонение выходных характеристик от горизонтальных линий вверх “на глаз” не заметно (на рисунке 3.5,б не соблюден масштаб).
Для улучшения частотных свойств (повышение предельной частоты ) рекомендуется следующее.
1. Уменьшать время пролета инжектированных носителей в базовой области, т.е.
а) уменьшать ширину базовой области WБ;
б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;
в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвижность носителей выше. Еще большие возможности открывает использование арсенида галлия.
2. Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжектированных из эмиттера носителей. Последнее возникает при неравномерном распределении примесей в базе по направлению от эмиттера к коллектору (рисунок 3.12). Концентрацию около эмиттера делают примерно в 100 раз больше, чем около коллектора.
Рисунок 3.12 К образованию электрического поля в базе дрейфого БТ.
Появление поля объясняется просто. Так как концентрация основных носителей в любой точке базы (дырок n-р-n транзистора) приблизительно равна концентрации примесей в этой точке, то распределение примесей Na(х) одновременно будет и распределением дырок p(х). Под влиянием градиента концентрации дырок будет происходить их диффузионное движение к коллектору, приводящее к нарушению условия электрической нейтральности: около эмиттера будет избыток отрицательного заряда ионов акцепторов, а около коллектора — избыток положительного заряда дырок, которые приходят к коллекторному переходу, но не проходят через него.
Нарушение электрической нейтральности приводит к появлению внутреннего электрического поля в базовой области (минус у эмиттера, плюс у коллектора). Появляющееся поле, в свою очередь, вызовет встречное дрейфовое движение дырок. Нарастание поля и дрейфового потока будет происходить до того момента, когда дрейфовый и диффузионный токи дырок уравняются. Легко видеть, что установившееся (равновесное) значение поля будет ускоряющим для электронов, которые входят в рабочем режиме из эмиттера в базу и будут уменьшать их время пролета, т.е. повышать предельную частоту БТ.
Биполярные транзисторы с неравномерным распределением примесей в базе, приводящим к появлению ускоряющего поля, называются дрейфовыми, а обычные — бездрейфовыми. Практически все современные высокочастотные и сверхвысокочастотные БТ являются дрейфовыми.
Уменьшение времени пролета в базовой области n-р-n транзистора при
экспоненциальном законе убывания концентрации акцепторов от Nа(0) до Nа(WБ) учитывается коэффициентом неоднородности базы:
Поэтому [см. (5.93)] можно написать
Для бездрейфовых транзисторовh=0 , а типичные значения для дрейфовых транзисторов .
3. Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и увеличения ширины переходов (выбором концентрации примесей и рабочего напряжения).
4. Уменьшать омическое сопротивление областей базы r ½ ББ.
5. Уменьшать время пролета носителей в области коллекторного перехода.
Следует отметить, что ряд требований несовместимы и необходимо при создании транзисторов применять компромиссные решения.
В схеме с форсирующей емкостью (см. рис. 8.6) при подаче входного открывающего сигнала сопротивление емкости CФ значительно меньше сопротивления резистора RФ, в связи с этим большой ток заряда емкости приводит к возрастанию тока базы и быстрейшему открыванию транзистора. В открытом состоянии транзистора, когда емкость зарядилась практически до напряжения Uвх m , ток базы уменьшается и его величина определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов RГ + RФ. При подаче на вход ключа запирающего напряжения Uвх =0 , к базе транзистора приложено напряжение -Uвх m , обусловленное наличием заряженного конденсатора CФ, что приводит к увеличению токов разряда емкостей транзистора.
.
