Горячая линия
Обозреватель
Обозреватель
Все о биполярных транзисторах (BJT)
2024-03-21
2597
Происхождение биполярных транзисторов
В современных транзисторах с биполярным переходом кремний заменил германий в качестве подложки, а точечный контакт заменен двумя соседними связанными pn-переходами. Структура может иметь форму pnp или npn.
Транзистор, сокращение от «переносной резистор», представляет собой многопереходный полупроводниковый прибор. Транзисторы, обычно интегрированные с другими компонентами схемы, используются для усиления напряжения, тока или мощности сигнала.
Биполярные транзисторы, также известные как транзисторы с биполярным переходом (BJT), являются одними из наиболее важных полупроводниковых устройств и находят широкое применение в высокоскоростных схемах, аналоговых схемах, усилителях мощности и т. д.
Например, полупроводник p-типа подобен квадратному куску глины, заполненному множеством отверстий (так называемых электронных дырок), похожих на норы, наблюдаемые у омаров. Полупроводник n-типа также представляет собой квадратный кусок глины, но он наполнен множеством «омаров» (свободных электронов). Когда мы склеим эти два куска глины вместе, омары поползут к норкам.
Поскольку норы в первых рядах уже почти исчерпаны, полупроводниковая промышленность называет эту область областью истощения.
Это как дверь: человеку легко толкнуть дверь в одну сторону, но трудно, если попытаться толкнуть ее в противоположную сторону. Конечно, вы можете использовать большую силу, чтобы сильно толкнуть дверь, пока она не сломается — процесс, который мы называем разрушением соединения.
Если посмотреть на вольт-амперные характеристики PN-перехода, то кривая выглядит так, как показано на диаграмме ниже.
Когда к PN-переходу приложено обратное смещение, это все равно, что бросить телескоп омарам в грязь. Омары могут видеть дальше и ползать с большей охотой, что приводит к тому, что больше омаров находят норы. Следовательно, общее движение омаров увеличивается, а ширина обедненной области полупроводника расширяется.
На схеме ниже показан перспективный вид биполярного pnp-транзистора. Производственный процесс включает использование полупроводника p-типа в качестве подложки с использованием принципа термодиффузии для создания области n-типа на подложке p-типа. Впоследствии в этой области n-типа за счет термодиффузии образуется область p+-типа с высокой концентрацией. Наконец, металл используется для покрытия p+, n и нижележащих областей p-типа для образования омических контактов.
Промежуточная узкая область n-типа с умеренной концентрацией примесей называется базовой (обозначается B), и ширина базовой области должна быть намного меньше диффузионной длины неосновных носителей;
Область с наименьшей концентрацией p-типа называется коллектором (обозначается C). Предполагая равномерное распределение концентраций внутри каждой области, концепцию pn-перехода можно напрямую применить к переходам внутри транзистора.
Замена областей p-типа областями n-типа и области n-типа областью p-типа в структуре биполярного pnp-транзистора дает структуру биполярного npn-транзистора. Поэтому направление тока и полярность напряжения также меняются местами.
На диаграмме (а) показан идеальный биполярный транзистор pnp в тепловом равновесии, где три его вывода соединены вместе или все подключены к земле, причем заштрихованные области представляют области истощения двух pn-переходов.
Диаграмма (b) иллюстрирует концентрации примесей в трех легированных областях, при этом область эмиттера имеет гораздо более высокую концентрацию легирования, чем область коллектора, а базовая область имеет концентрацию ниже, чем эмиттер, но выше, чем коллектор.
Диаграмма (в) изображает распределение электрического поля в области истощения.
Диаграмма (d) отображает диаграмму энергетической зоны транзистора, расширяя состояние теплового равновесия pn-переходов и применяя его к двум соседним связанным p+-n-переходам и n-p-переходу.
На схеме (а) показан транзистор, подключенный как усилитель с общей базой, где база используется совместно входной и выходной цепями.
Диаграммы (b) и (c) иллюстрируют плотность заряда и распределение электрического поля в условиях смещения по сравнению с состоянием теплового равновесия, изображенным на предыдущей диаграмме. Ширина обедненной области на переходе эмиттер-база сужается, а обедненная область на переходе коллектор-база расширяется.
На диаграмме (г) отображена зонная энергетическая диаграмма транзистора, работающего в режиме усиления. Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, что приводит к инжекции дырок из области p+-эмиттера в область базы и инжекции электронов из области базы в область эмиттера.
С другой стороны, переход коллектор-база смещен в обратном направлении, что позволяет протекать обратному току насыщения. Если область базы достаточно узкая, дырки, инжектированные из области эмиттера в область базы, могут диффундировать через область базы и достигать края области обеднения коллектор-база, в конечном итоге протекая через область коллектора под напряжением коллектора. базовый переход.
Этот транспортный механизм дал начало названиям «эмиттер» для инжекции носителей заряда и «коллектор» для сбора носителей, инжектированных из соседнего перехода.
Если большинство инжектированных дырок не рекомбинируют с электронами в области базы, а достигают коллектора, ток коллектора, создаваемый дырками, будет точно соответствовать току эмиттерной дырки.
Очевидно, что дырки, инжектированные из соседнего перехода эмиттер-база, могут генерировать значительный ток в обратносмещенном переходе коллектор-база, что приводит к эффекту усиления транзистора, который возникает только тогда, когда эти два перехода расположены достаточно близко друг к другу. поэтому их называют взаимодействующими pn-переходами.
И наоборот, если эти два pn-перехода расположены слишком далеко друг от друга, все входящие дырки будут рекомбинировать с электронами в области базы и не достигнут области коллектора, что приведет к отсутствию эффекта усиления транзистора. В этом случае структура pnp просто действует как два последовательно соединенных pn-диода.
Коэффициент усиления по току: на диаграмме ниже показаны различные компоненты тока в идеальном pnp-транзисторе, работающем в режиме усиления. Если предположить отсутствие тока генерации-рекомбинации в области обеднения, то дырки, инжектированные из эмиттерной области, составляют преобладающую составляющую тока IEp.
В базе имеются три тока: IBB, IEn и ICn.
IBB представляет ток электронов, подаваемых базой, которые рекомбинируют с падающими дырками (т.е. IBB = IEp - ICp); IEn представляет собой ток электронов, инжектированных из области базы в область эмиттера, который является нежелательной составляющей тока, которую можно уменьшить за счет сильного легирования эмиттера или использования гетеропереходов; ICn представляет собой ток электронов, генерируемый вблизи коллекторного перехода из-за тепловых эффектов и протекающий из области коллектора в область базы.
Режимы работы: В зависимости от напряжений смещения на переходе эмиттер-база и переходе коллектор-база биполярные транзисторы имеют четыре режима работы.
На диаграмме ниже показаны четыре режима работы pnp-транзистора и их взаимосвязь с VEB и VCB. Распределение миноритарных носителей по каждому режиму работы также показано на диаграмме.
Например, в режиме усиления переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном.
В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, что приводит к присутствию неосновных носителей в обедненных областях обоих переходов.
В режиме насыщения небольшое напряжение может привести к большому выходному току, переводя транзистор в проводящее состояние, подобное короткому замыканию.
В режиме отсечки оба перехода транзистора смещены в обратном направлении, что приводит к граничным условиям pn(0) = pn(W) = 0. Транзистор в режиме отсечки можно рассматривать как переключатель в открытом (или выключенном) положении. .
В инвертированном режиме переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база — в прямом. В этом режиме коллекторный электрод выполняет функцию эмиттера и наоборот. Однако коэффициент усиления по току в инвертированном режиме обычно меньше, чем в режиме усиления, из-за более низкой концентрации легирования в области коллектора по сравнению с областью базы, что приводит к более низкой «эффективности эмиссии».
Переходный процесс переключения. В цифровых схемах транзисторы в основном действуют как переключатели. Используя небольшой ток базы, ток коллектора можно быстро переключить с выключенного состояния на включенное (и наоборот) за очень короткое время. В выключенном состоянии наблюдается высокое напряжение и малый ток, а во включенном состоянии — низкое напряжение и большой ток.
Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT)
Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) относятся к транзисторам, в которых один или оба перехода изготовлены из разных полупроводниковых материалов.
Основным преимуществом HBT является их высокая эффективность излучения, и они используются аналогично биполярным транзисторам. Однако HBT имеют более высокую скорость и могут работать на более высоких частотах. Благодаря этим характеристикам HBT широко используются в оптоэлектронике, микроволновой и цифровой технике. В микроволновых приложениях HBT обычно используются для производства твердотельных усилителей мощности микроволнового и миллиметрового диапазона, генераторов и смесителей.
Базовая структура HBT: Большинство технологий HBT разработаны в системе материалов AlxGa1-xAs/GaAs. Базовая структура npn HBT состоит из широкозонного слоя AlxGa1-xAs в области эмиттера n-типа, более узкозонного слоя GaAs в базовой области p-типа, а также коллекторной и подколлекторной областей n-типа, выполненных из слаболегированных и сильнолегированных материалов. GaAs соответственно.
Усовершенствованные HBT: в последние годы проводятся систематические исследования материалов серии InP (таких как InP/InGaAs или AlInAs/InGaAs), а гетероструктуры на основе InP обладают многочисленными преимуществами. Структура InP/InGaAs демонстрирует чрезвычайно низкую поверхностную рекомбинацию, а подвижность электронов InGaAs намного выше, чем у GaAs, что приводит к превосходным высокочастотным характеристикам.
На графике ниже изображена характеристическая кривая типичного HBT на основе фосфида индия с частотой среза, достигающей 254 ГГц. Кроме того, InP демонстрирует более высокую скорость дрейфа, чем GaAs, в сильных электрических полях, а также имеет более высокое напряжение пробоя.
Низкая плотность кремниевых интерфейсных ловушек помогает снизить ток поверхностной рекомбинации, обеспечивая высокий коэффициент усиления по току даже при низких токах коллектора. Кроме того, еще одной весьма привлекательной особенностью является совместимость со стандартной технологией обработки кремния.
Диаграмма на (a) иллюстрирует типичную структуру Si/SiGe HBT, а (b) сравнивает ток коллектора Si/SiGe HBT с током кремниевого гомопереходного биполярного транзистора, показывая, что Si/SiGe HBT демонстрирует более высокий коэффициент усиления по току. По сравнению с HBT на основе арсенида галлия и фосфида индия, Si/SiGe
HBT имеет более низкую частоту среза из-за меньшей подвижности носителей кремния.
Основные характеристики: На схеме ниже показано поперечное сечение тиристорного устройства, которое состоит из четырехслойной структуры pnpn, образованной тремя последовательно соединенными pn-переходами, а именно J1, J2 и J3. Самый внешний p-слой, соединенный с контактным электродом, называется анодом, а n-слой другой стороны называется катодом. Такая конструкция без дополнительных электродов представляет собой двухполюсное устройство и известна как pnpn-диод.
Диаграмма (c) иллюстрирует зонную диаграмму тиристорного устройства в тепловом равновесии. Каждый переход имеет обедненный слой, а встроенный потенциал определяется концентрацией легирования.
Если импульс тока затвора подается ближе к началу каждого цикла, в нагрузку будет передано больше мощности. И наоборот, задержка импульса тока затвора приведет к значительному снижению мощности, подаваемой на нагрузку, поскольку тиристорное устройство проводит ток ближе к концу цикла.
Биполярный переходной транзистор был изобретен исследовательской группой Bell Laboratories в 1947 году. Первый транзистор состоял из двух металлических проводов с острыми концами, которые точечно контактировали с германиевой подложкой. Будучи примитивным по сегодняшним меркам, этот первый транзистор существенно изменил всю электронную промышленность и образ жизни человечества.
В современных транзисторах с биполярным переходом кремний заменил германий в качестве подложки, а точечный контакт заменен двумя соседними связанными pn-переходами. Структура может иметь форму pnp или npn.
Транзистор, сокращение от «переносной резистор», представляет собой многопереходный полупроводниковый прибор. Транзисторы, обычно интегрированные с другими компонентами схемы, используются для усиления напряжения, тока или мощности сигнала.
Биполярные транзисторы, также известные как транзисторы с биполярным переходом (BJT), являются одними из наиболее важных полупроводниковых устройств и находят широкое применение в высокоскоростных схемах, аналоговых схемах, усилителях мощности и т. д.
Что такое PN-переход?
Это переход, образованный контактом полупроводников p-типа и полупроводника n-типа.
Например, полупроводник p-типа подобен квадратному куску глины, заполненному множеством отверстий (так называемых электронных дырок), похожих на норы, наблюдаемые у омаров. Полупроводник n-типа также представляет собой квадратный кусок глины, но он наполнен множеством «омаров» (свободных электронов). Когда мы склеим эти два куска глины вместе, омары поползут к норкам.
Самые передние омары первыми находят норы в первом ряду. Как только омары первого ряда заползли в норы, омарам позади них приходится подниматься дальше, и им приходится сталкиваться с большими трудностями в поиске норок.
Поскольку норы в первых рядах уже почти исчерпаны, полупроводниковая промышленность называет эту область областью истощения.
PN-переход имеет характеристику, называемую выпрямлением, которая позволяет току течь только в одном направлении.
Это как дверь: человеку легко толкнуть дверь в одну сторону, но трудно, если попытаться толкнуть ее в противоположную сторону. Конечно, вы можете использовать большую силу, чтобы сильно толкнуть дверь, пока она не сломается — процесс, который мы называем разрушением соединения.
Если посмотреть на вольт-амперные характеристики PN-перехода, то кривая выглядит так, как показано на диаграмме ниже.
Когда к PN-переходу приложено прямое смещение, это все равно что завязать глаза омарам в грязи. Омары становятся близорукими и видят только норы в первом ряду. В результате общее перемещение омаров уменьшается, а также уменьшается количество омаров, ползающих к норам, уменьшая ширину области истощения.
Когда к PN-переходу приложено обратное смещение, это все равно, что бросить телескоп омарам в грязь. Омары могут видеть дальше и ползать с большей охотой, что приводит к тому, что больше омаров находят норы. Следовательно, общее движение омаров увеличивается, а ширина обедненной области полупроводника расширяется.
На рисунке ниже (а) представлена нормальная ширина обедненной области в PN-переходе, (б) показана ширина после применения прямого смещения и (в) показана ширина после применения обратного смещения.
Структура биполярного транзистора:
На схеме ниже показан перспективный вид биполярного pnp-транзистора. Производственный процесс включает использование полупроводника p-типа в качестве подложки с использованием принципа термодиффузии для создания области n-типа на подложке p-типа. Впоследствии в этой области n-типа за счет термодиффузии образуется область p+-типа с высокой концентрацией. Наконец, металл используется для покрытия p+, n и нижележащих областей p-типа для образования омических контактов.
Биполярный pnp-транзистор состоит из трех областей с разной концентрацией легирования, образующих два pn-перехода. Область p+ с наибольшей концентрацией называется эмиттером (обозначается E);
Промежуточная узкая область n-типа с умеренной концентрацией примесей называется базовой (обозначается B), и ширина базовой области должна быть намного меньше диффузионной длины неосновных носителей;
Область с наименьшей концентрацией p-типа называется коллектором (обозначается C). Предполагая равномерное распределение концентраций внутри каждой области, концепцию pn-перехода можно напрямую применить к переходам внутри транзистора.
На схеме ниже показано условное обозначение биполярного транзистора pnp с указанием различных составляющих тока и полярности напряжения. Стрелки и символы «+» и «–» обозначают направления токов и полярности напряжений в общем рабочем режиме (т. е. режиме усиления, активном режиме) транзистора. В этом режиме переход эмиттер-база смещен в прямом направлении (VEB > 0), а переход коллектор-база — в обратном направлении (VCB < 0). В соответствии с
По закону цепи Кирхгофа для этого трехполюсника имеется только два независимых тока; если известны любые два тока, можно определить третий ток терминала.
По закону цепи Кирхгофа для этого трехполюсника имеется только два независимых тока; если известны любые два тока, можно определить третий ток терминала.
Структура и обозначение схемы биполярного транзистора npn дополняют таковые у биполярного транзистора pnp. На схеме ниже показана идеальная структура и условное обозначение pnp-транзистора.
Замена областей p-типа областями n-типа и области n-типа областью p-типа в структуре биполярного pnp-транзистора дает структуру биполярного npn-транзистора. Поэтому направление тока и полярность напряжения также меняются местами.
Понимая pnp-транзистор, можно описать npn-транзистор, просто поменяв местами полярность и типы легирования.
IV. Режим усиления биполярного транзистора
На диаграмме (а) показан идеальный биполярный транзистор pnp в тепловом равновесии, где три его вывода соединены вместе или все подключены к земле, причем заштрихованные области представляют области истощения двух pn-переходов.
Диаграмма (b) иллюстрирует концентрации примесей в трех легированных областях, при этом область эмиттера имеет гораздо более высокую концентрацию легирования, чем область коллектора, а базовая область имеет концентрацию ниже, чем эмиттер, но выше, чем коллектор.
Диаграмма (в) изображает распределение электрического поля в области истощения.
Диаграмма (d) отображает диаграмму энергетической зоны транзистора, расширяя состояние теплового равновесия pn-переходов и применяя его к двум соседним связанным p+-n-переходам и n-p-переходу.
Следующая диаграмма соответствует транзистору, работающему в режиме усиления, как показано на предыдущей иллюстрации.
На схеме (а) показан транзистор, подключенный как усилитель с общей базой, где база используется совместно входной и выходной цепями.
Диаграммы (b) и (c) иллюстрируют плотность заряда и распределение электрического поля в условиях смещения по сравнению с состоянием теплового равновесия, изображенным на предыдущей диаграмме. Ширина обедненной области на переходе эмиттер-база сужается, а обедненная область на переходе коллектор-база расширяется.
На диаграмме (г) отображена зонная энергетическая диаграмма транзистора, работающего в режиме усиления. Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, что приводит к инжекции дырок из области p+-эмиттера в область базы и инжекции электронов из области базы в область эмиттера.
В идеальном диоде в области обеднения нет тока генерации-рекомбинации, поэтому дырки, инжектированные из области эмиттера в область базы, и электроны, инжектированные из области базы в область эмиттера, составляют ток эмиттера.
С другой стороны, переход коллектор-база смещен в обратном направлении, что позволяет протекать обратному току насыщения. Если область базы достаточно узкая, дырки, инжектированные из области эмиттера в область базы, могут диффундировать через область базы и достигать края области обеднения коллектор-база, в конечном итоге протекая через область коллектора под напряжением коллектора. базовый переход.
Этот транспортный механизм дал начало названиям «эмиттер» для инжекции носителей заряда и «коллектор» для сбора носителей, инжектированных из соседнего перехода.
Если большинство инжектированных дырок не рекомбинируют с электронами в области базы, а достигают коллектора, ток коллектора, создаваемый дырками, будет точно соответствовать току эмиттерной дырки.
Очевидно, что дырки, инжектированные из соседнего перехода эмиттер-база, могут генерировать значительный ток в обратносмещенном переходе коллектор-база, что приводит к эффекту усиления транзистора, который возникает только тогда, когда эти два перехода расположены достаточно близко друг к другу. поэтому их называют взаимодействующими pn-переходами.
И наоборот, если эти два pn-перехода расположены слишком далеко друг от друга, все входящие дырки будут рекомбинировать с электронами в области базы и не достигнут области коллектора, что приведет к отсутствию эффекта усиления транзистора. В этом случае структура pnp просто действует как два последовательно соединенных pn-диода.
Коэффициент усиления по току: на диаграмме ниже показаны различные компоненты тока в идеальном pnp-транзисторе, работающем в режиме усиления. Если предположить отсутствие тока генерации-рекомбинации в области обеднения, то дырки, инжектированные из эмиттерной области, составляют преобладающую составляющую тока IEp.
Большинство падающих дырок достигают коллекторного электрода и образуют ICp.
В базе имеются три тока: IBB, IEn и ICn.
IBB представляет ток электронов, подаваемых базой, которые рекомбинируют с падающими дырками (т.е. IBB = IEp - ICp); IEn представляет собой ток электронов, инжектированных из области базы в область эмиттера, который является нежелательной составляющей тока, которую можно уменьшить за счет сильного легирования эмиттера или использования гетеропереходов; ICn представляет собой ток электронов, генерируемый вблизи коллекторного перехода из-за тепловых эффектов и протекающий из области коллектора в область базы.
Режимы работы: В зависимости от напряжений смещения на переходе эмиттер-база и переходе коллектор-база биполярные транзисторы имеют четыре режима работы.
На диаграмме ниже показаны четыре режима работы pnp-транзистора и их взаимосвязь с VEB и VCB. Распределение миноритарных носителей по каждому режиму работы также показано на диаграмме.
Например, в режиме усиления переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном.
В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, что приводит к присутствию неосновных носителей в обедненных областях обоих переходов.
В режиме насыщения небольшое напряжение может привести к большому выходному току, переводя транзистор в проводящее состояние, подобное короткому замыканию.
В режиме отсечки оба перехода транзистора смещены в обратном направлении, что приводит к граничным условиям pn(0) = pn(W) = 0. Транзистор в режиме отсечки можно рассматривать как переключатель в открытом (или выключенном) положении. .
В инвертированном режиме переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база — в прямом. В этом режиме коллекторный электрод выполняет функцию эмиттера и наоборот. Однако коэффициент усиления по току в инвертированном режиме обычно меньше, чем в режиме усиления, из-за более низкой концентрации легирования в области коллектора по сравнению с областью базы, что приводит к более низкой «эффективности эмиссии».
Переходный процесс переключения. В цифровых схемах транзисторы в основном действуют как переключатели. Используя небольшой ток базы, ток коллектора можно быстро переключить с выключенного состояния на включенное (и наоборот) за очень короткое время. В выключенном состоянии наблюдается высокое напряжение и малый ток, а во включенном состоянии — низкое напряжение и большой ток.
Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT)
Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) относятся к транзисторам, в которых один или оба перехода изготовлены из разных полупроводниковых материалов.
Основным преимуществом HBT является их высокая эффективность излучения, и они используются аналогично биполярным транзисторам. Однако HBT имеют более высокую скорость и могут работать на более высоких частотах. Благодаря этим характеристикам HBT широко используются в оптоэлектронике, микроволновой и цифровой технике. В микроволновых приложениях HBT обычно используются для производства твердотельных усилителей мощности микроволнового и миллиметрового диапазона, генераторов и смесителей.
Базовая структура HBT: Большинство технологий HBT разработаны в системе материалов AlxGa1-xAs/GaAs. Базовая структура npn HBT состоит из широкозонного слоя AlxGa1-xAs в области эмиттера n-типа, более узкозонного слоя GaAs в базовой области p-типа, а также коллекторной и подколлекторной областей n-типа, выполненных из слаболегированных и сильнолегированных материалов. GaAs соответственно.
Для образования омического контакта между эмиттерным контактом и слоем арсенида алюминия-галлия добавляется высоколегированный слой арсенида галлия n-типа. Из-за значительной разницы в ширине запрещенной зоны между областями эмиттера и базы коэффициент усиления по току с общим эмиттером может быть значительно увеличен. Напротив, биполярные транзисторы с гомопереходом не имеют такой разницы в ширине запрещенной зоны, и, следовательно, соотношение концентраций легирования между областями эмиттера и базы должно быть значительно увеличено. Это фундаментальное отличие отличает гомопереход от биполярных транзисторов с гетеропереходом.
Усовершенствованные HBT: в последние годы проводятся систематические исследования материалов серии InP (таких как InP/InGaAs или AlInAs/InGaAs), а гетероструктуры на основе InP обладают многочисленными преимуществами. Структура InP/InGaAs демонстрирует чрезвычайно низкую поверхностную рекомбинацию, а подвижность электронов InGaAs намного выше, чем у GaAs, что приводит к превосходным высокочастотным характеристикам.
На графике ниже изображена характеристическая кривая типичного HBT на основе фосфида индия с частотой среза, достигающей 254 ГГц. Кроме того, InP демонстрирует более высокую скорость дрейфа, чем GaAs, в сильных электрических полях, а также имеет более высокое напряжение пробоя.
Другим типом гетероперехода является система материалов Si/SiGe, которая предлагает несколько привлекательных особенностей для приложений HBT. Подобно AlGaAs/GaAs HBT, Si/SiGe HBT также обладает способностью сильно легировать из-за разницы в ширине запрещенной зоны, что приводит к высокой скорости работы.
Низкая плотность кремниевых интерфейсных ловушек помогает снизить ток поверхностной рекомбинации, обеспечивая высокий коэффициент усиления по току даже при низких токах коллектора. Кроме того, еще одной весьма привлекательной особенностью является совместимость со стандартной технологией обработки кремния.
Диаграмма на (a) иллюстрирует типичную структуру Si/SiGe HBT, а (b) сравнивает ток коллектора Si/SiGe HBT с током кремниевого гомопереходного биполярного транзистора, показывая, что Si/SiGe HBT демонстрирует более высокий коэффициент усиления по току. По сравнению с HBT на основе арсенида галлия и фосфида индия, Si/SiGe
HBT имеет более низкую частоту среза из-за меньшей подвижности носителей кремния.
Раздел VI: Тиристорные устройства и связанные с ними силовые устройства
Тиристорные устройства являются важными силовыми компонентами, способными контролировать высокое напряжение и большой ток, позволяя устройству переходить из закрытого или заблокированного состояния в открытое или проводящее состояние и наоборот. Их работа тесно связана с биполярными транзисторами, в которых осуществляется проводимость как электронов, так и дырок.
Однако их механизм переключения и структура отличаются от биполярных транзисторов, предлагая широкий диапазон возможностей управления током и напряжением. Номинальный ток может варьироваться от нескольких миллиампер до более 5000 А, при номинальном напряжении более 10,000 XNUMX В.
Однако их механизм переключения и структура отличаются от биполярных транзисторов, предлагая широкий диапазон возможностей управления током и напряжением. Номинальный ток может варьироваться от нескольких миллиампер до более 5000 А, при номинальном напряжении более 10,000 XNUMX В.
Основные характеристики: На схеме ниже показано поперечное сечение тиристорного устройства, которое состоит из четырехслойной структуры pnpn, образованной тремя последовательно соединенными pn-переходами, а именно J1, J2 и J3. Самый внешний p-слой, соединенный с контактным электродом, называется анодом, а n-слой другой стороны называется катодом. Такая конструкция без дополнительных электродов представляет собой двухполюсное устройство и известна как pnpn-диод.
Если к внутреннему слою p2 подключен другой электрод, известный как затвор, полученное трехполюсное устройство называется полупроводниковым выпрямителем (SCR) или тиристором.
На диаграмме (b) показан типичный профиль легирования тиристорного устройства. Он начинается с кремниевой пластины n-типа с высоким удельным сопротивлением в качестве исходного материала (n-слоя), за которым следует этап диффузии для одновременного формирования слоев p1 и p2. Наконец, для создания слоя n2 на одной стороне кремниевой пластины используется легирование или диффузия.
Диаграмма (c) иллюстрирует зонную диаграмму тиристорного устройства в тепловом равновесии. Каждый переход имеет обедненный слой, а встроенный потенциал определяется концентрацией легирования.
На схеме показано простое применение тиристорного устройства, позволяющего регулировать мощность, подаваемую от линии электропередачи в нагрузку. Нагрузкой RL может быть, например, лампочка или обогреватель. Мощность, подаваемая в нагрузку в каждом цикле, контролируется импульсом тока затвора тиристорного устройства.
Если импульс тока затвора подается ближе к началу каждого цикла, в нагрузку будет передано больше мощности. И наоборот, задержка импульса тока затвора приведет к значительному снижению мощности, подаваемой на нагрузку, поскольку тиристорное устройство проводит ток ближе к концу цикла.
Это вся информация, касающаяся биполярных транзисторов.
Связанные рекомендации
粤公网安备44030002007346号