Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Електроніка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

РІЗНОВИДИ БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРІВ

З усіх класифікаційних факторів на практиці найбільш часто використовують класифікацію за максимально допустимої потужності розсіювання і граничній частоті. Залежно від максимально допустимої потужності розсіювання біполярні транзистори можуть бути: малої потужності (Р макс <0,3 Вт), середньої потужності (0,3 <Р макс <1,5 Вт) і великої потужності (Р макс > 1,5 Вт ). Транзистори, які мають граничну частоту / нр <3 МГц, відносяться до низькочастотних, при 3 МГц </ гр <

<30 МГц - до транзисторів середньої частоти, при 30 МГц <

</ Гр <300 МГц - до високочастотним, при / рр > 300 МГц - до надвисокочастотним (СВЧ-транзисторів).

Низькочастотні і високочастотні транзистори мають найчастіше епітаксійних-планарную або планарную кремнієву структуру л- р -я-типу. Вони відрізняються тим, що високочастотні транзистори мають менші площі переходів, менші товщини бази і колектора і часи життя неосновних носіїв. В силу сказаного, для низькочастотних (НЧ) транзисторів характерні ємності переходів 10..Л00 пФ, а для високочастотних (ВЧ) ємність не перевищує 10 пФ, для НЧ транзисторів £ РПС > 1 мкс, а для ВЧ * рас <0,1 мкс .

Найбільші структурні і конструктивні особливості притаманні СВЧ-транзисторів. Для збільшення граничної частоти необхідно зменшувати час прольоту носіїв від емітера до колектора і ємності транзистора. Щоб знизити цей час, СВЧ-транзистори виготовляються на основі п-р -я-структури, оскільки рухливість електронів в кремнії в три рази більше, ніж рухливість дірок, і, крім того, базу роблять по можливості тонкої.

Сучасний рівень технології дозволяє виготовляти базу товщиною менше 0,1 мкм. Однак при цьому опір бази зі зменшенням товщини збільшується, що призводить до зниження величини робочої напруги і, отже, потужності. Для зменшення впливу зазначених негативних явищ збільшують концентрацію домішкових атомів в базі, але при цьому зростають ємності переходів, які можна знизити за рахунок мінімізації розмірів областей і інших елементів транзистора, включаючи висновки. В результаті бар'єрні ємності переходів транзистора дуже малі, тому на граничну частоту впливають паразитні ємності і індуктивності висновків, для зменшення яких корпусу транзисторів виготовляють з плоскими висновками і, крім того, часто використовують безкорпусні транзистори. Структура СВЧ-транзистора зазвичай містить кілька базових і емітерний областей і відповідних шарів.

Цілу низку переваг в порівнянні з кремнієвими СВЧ-транзисторами мають транзистори на основі ваАв з гетеропереходами, транзистори на гарячих електронах, особливо транзистори з металевою базою і транзистори з проникною базою.

Коротко розглянемо особливості перерахованих приладів. Транзистор з гетеропереходів має ширококутного емітер л-типу з А1 д .Са 1 _ ^ Ав, базу р -типу з ОаАя і колектор л-типу з ОаАе. Характерною особливістю гетеропереходов, які утворені напівпровідниками з різною шириною заборонений

ної зони, є наявність потенційних стрибків (бар'єрів) як в зоні провідності, так і в валентної зоні (див. п. 2.7). В результаті транзистори з гетеропереходами мають наступні переваги:

  • 1) високу ефективність емітера через вкрай малою інжекції дірок з бази в емітер, чому перешкоджає високий потенційний бар'єр в валентної зоні;
  • 2) малий опір бази через її сильного легування без зниження ефективності емітера, що також пов'язано з наявністю високих потенційних бар'єрів в області емітерного переходу;
  • 3) кращу перехідну характеристику в порівнянні зі звичайним транзистором через високий коефіцієнта посилення по току і низького опору бази;
  • 4) можливість роботи при підвищених температурах аж до Т ° ~ 350 ° С. В даний час розроблені транзистори з параметром (1 ~ 350, з граничною частотою, що перевищує 10 ГГц.

Одними з перспективних в СВЧ-діапазоні є транзистори на гарячих електронах. Гарячими називають електрони, енергія яких перевищує енергію Фермі на кілька / ГТ (/ г = 1,38 * 10 2, 1 Дж / К постійна Больцмана, Т - температура решітки в градусах К). Гарячі, інакше, швидкі електрони, формуються за рахунок створення великих потенціалів, що прискорюють електрони на кордоні між сусідніми областями транзистора. Було запропоновано і досліджено чимало трьохелектродних структур, подібних біполярним транзисторам, з переносом гарячих електронів від емітера до колектора. Основна відмінність цих приладів від чисто напівпровідникових класичних транзисторів полягає в способі інжекції електронів в базу. Найкращими СВЧ-характеристиками володіє транзистор з металевою базою і структурою типу Б1- Аі-Ое, т. Е. Структура напівпровідник-метал-напівпровідник, при цьому товщина золотий плівки між двома напівпровідниками становить кілька десятків ангстрем (соті частки мікрона і менше).

Застосування таких сучасних перспективних технологій, як молекулярно-променева епітаксії, вирощування монокристалічних металевих плівок на напівпровідниках, ультрафіолетова і рентгенівська літографія, робота при низьких температурах, дозволяє домогтися гарних СВЧ-характеристик і високих коефіцієнтів посилення по току в транзисторах з металевою базою.

Подальшим розвитком подібного спрямування є розробка транзисторів з проникною базою , в яких металева плівка замінена металевої вольфрамової сіткою з періодом порядку 0,3 мкм. Такий транзистор має чотиришарову структуру, що включає підкладку з ОаА.ч / г * -типу, шар емітера з ОаАя / гтіпа, фігурну вольфрамову сітку, товщиною 0,02 мкм з шириною смужки 0,16 мкм і шар колектора п - ОаАв. Вольфрамова сітка утворює з п - СААВ бар'єр Шотткі висотою 0,8 В. При подачі на сітку негативного потенціалу електрони з емітера при їх русі до колектора повинні пройти в околиці металевої сітки через область з негативним потенціалом. Посередині між металевими смужками бар'єр найнижчий, а біля кордону метал - напівпровідник бар'єр буде найбільш високим. Цей бар'єр буде перешкоджати проходу електронів через сітку. В результаті тільки невелика частка електронів долає поле сітки, і в ланцюзі колектора протікає струм з малою щільністю (одиниці А / см 2 ). Якщо на базу подати позитивний зсув, бар'єр знизиться, і щільність колекторного струму може досягати значень ~ 10 3 А / см 2 . При великих позитивних зсувах на базі (сітці) буде накопичуватися негативний заряд електронів, що призведе до обмеження струму. У цих транзисторах можна отримати високі щільності керованих струмів і, як наслідок, більшу крутизну і високу граничну частоту, до декількох десятків ГГц, а в перспективі до сотні ГГц, при відносно великих значеннях коефіцієнтів посилення (15 ... 20 дБ).

Потужні транзистори. При розробці потужних транзисторів доводиться вирішувати додатково ряд специфічних проблем, які викликані великими напругами й струмами колектора. Тому конструкція потужного транзистора повинна забезпечувати ефективне відведення розсіюється в ньому теплової енергії. Перегрів активних частин транзистора великої потужності при значних розмірах застосовуваних напівпровідникових кристалів викликає необхідність врахування механічної напруги через відмінності температурних коефіцієнтів лінійного розширення напівпровідника і інших елементів конструкції. Крім усього, потужні транзистори повинні бути досить швидкодіючими.

Для забезпечення великого робочого струму в потужних транзисторах необхідно виготовляти емітер якомога більших розмірів, причому складної конфігурації. Тому зазвичай застосовують многоеміттерного транзистори, що містять велику кількість вузьких емітерний смужок, між якими розташовуються висновки бази. Як емітери, так і окремі базові висновки об'єднуються загальними висновками. Число окремих емітерний смужок може бути до кількох десятків. Площа кожної емітерний смужки зазвичай значно більше, ніж емітера малопотужного транзистора. Гранична ширина емітерний смужки обмежена ефектами витіснення струму емітера на краю переходу, тому існують оптимальні розміри ширини смужки, які лежать в межах 10 ... 20 мкм. Довжина смужки обмежується падінням напруги на ній і становить 100 ... 200 мкм. Послідовне включення з кожним емітером стабілізуючих резисторів дозволяє вирівнювати струми окремих емітерів.

Велика частина потужних транзисторів розрахована на роботу при відносно низькій напрузі в 20 ... 30 В, оскільки в цьому випадку полегшується тепловий режим. Хороший тепловідвід в потужних транзисторах досягається за рахунок установки напівпровідникового кристала на масивному металевому підставі корпусу часто спільно зі спеціальним радіатором. Для зменшення бар'єрної ємності і теплового опору колектора використовують багатоструктурний транзистори, зібрані на одному кристалі у вигляді матриці окремо паралельно з'єднаних транзисторів. За рахунок збільшення відстані між окремими транзисторами забезпечується потрібне тепловий опір без збільшення ємності колекторного переходу.

 
<<   ЗМІСТ   >>