Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ИГ ИД ИЗ ИМ ИН ИО ИС ИЮ

Инжектированная дырка

 
Инжектированные дырки достигают коллекторного перехода не мгновенно, так как время их диффузии в базе конечно. Ток / к начинает расти по мере прихода инжектированных дырок, диффундирующих в базе, к коллекторному переходу. Поскольку распределение тепловых скоростей дырок описывается законами статистики, время их движения к коллектору различно.
Инжектированные дырки движутся в л-базе в направлении к л - слою. Достигнув л - л перехода, дырки не могут преодолеть его потенциальный барьер и накапливаются в л-базе, частично успевая рекомбинировать с электронами. Для компенсации положительного заряда накопленных в л-базе дырок и рекомбинации с ними необходим приток электронов в л-базу. Потенциальный барьер на п - п переходе уменьшается. Однако концентрация электронов в л - слое намного больше концентрации дырок в л-базе. Электронов из л - слоя в л-базу поступает при этом намного больше, чем дырок из л-базы в л - слой. Поэтому л - слой также называют эмиттером.
Структура, вольт-амперная характеристика и энергетические диаграммы двухэлектродного тиристора. Инжектированные дырки диффундируют к р-я-переходу коллектора, проходят через этот переход и попадают в р-базу. Дальнейшему их продвижению по тиристорной структуре препятствует небольшой потенциальный барьер левого эмиттерного перехода. Следовательно, в р-базе происходит накопление избыточного положительного заряда, что обусловливает увеличение инжекции электронов из - эмиттера. В результате накопления избыточного положительного заряда в р-базе и отрицательного в n - базе при напряжении на тиристоре ( 7ВКЛ ( напряжении включения) происходит резкое увеличение тока, проходящего через тиристор, и одновременное уменьшение падения напряжения на тиристоре. В режиме, соответствующем второму участку, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым из-за большого заряда, накопленного в базах.
Инжектированные дырки в базовые области продолжают диффузионное движение в базе - часть из них рекомбинирует с электронами, входящими с базы в эмиттер, а остальные приближаются к коллекторному переходу. На границе этого перехода нерекомбинированные дырки попадают в зону действия поля перехода, которое оказывает на дырки ускоряющее действие.
Инжектированные дырки достигают коллекторного перехода не мгновенно, так как время их диффузии в базе конечно. Ток / к начинает расти по мере прихода инжектированных дырок, диффундирующих в базе, к коллекторному переходу. Поскольку распределение тепловых скоростей дырок описывается законами статистики, время их движения к коллектору различно.
Инжектированные дырки в базовые области продолжают диффузионное движение в базе - часть из них рекомбинирует с электронами, входящими с базы в эмиттер, а остальные приближаются к коллекторному переходу. На границе этого перехода нерекомбинированные дырки попадают в зону действия поля перехода, которое оказывает на дырки ускоряющее действие.
Инжектированные дырки диффундируют через область базы, в которой незначительное их число рекомбинирует с электронами. Следовательно, существует поток электронов в базовую область ( из внешней цепи), непрерывно восстанавливающий число электронов, теряемых при рекомбинации. Остальные дырки, не участвующие в рекомбинации, поступают на коллектор.
Инжектированные дырки в базе внутренним полем при-жимаются к р-л-переходу, и в л-области базы происходит накопление заряда.
Схема включения однопере-ходного транзистора.| Вольт-амперные характеристики ОТ при разных положениях светового луча. / - в темноте. 2 - при освещении 150. ББ, инжектированные дырки уносятся в нижнюю часть базы, поэтому ее сопротивление еще больше уменьшается. Падение сопротивления нижней части базы приводит к - дальнейшему уменьшению напряжения Un и увеличению Up - nt поэтому инжекция носителей и ток через р - - переход продолжают расти.
Продольный транзистор типа р-п - р ( а и продольный тиристор ( б. В продольном транзисторе инжектированные дырки перемещаются от эмиттера к коллектору вдоль поверхности, что и определило его название.
Токи в транзисторе с коллекторной утечкой и зависимость / г21Б транзистора с коллекторной утечкой от тока эмиттера.| Входные характеристики транзистора с коллекторной утечкой при включении по схеме с ОК ( аналогично однопереходному транзистору,. Через коллектор проходят только инжектированные дырки и Ajii; 1 за счет рекомбинации части дырок в базе.

Как видим, концентрация инжектированных дырок зависит только от равновесной плотности дырок в га-области и приложенного напряжения и не зависит от параметров р-области.
Схема переключения и осциллограммы входного напряжения и тока через диод. В процессе диффузии часть инжектированных дырок рекомбинирует с электронами базы, поэтому концентрация избыточных дырок уменьшается по мере удаления от р-п перехода. При длительном протекании прямого тока процесс рекомбинации дырок в базе уравновешивается их инжекцией р-п переходом.
Фототранзистор. а - структура фототранзистора. б - схема включения. Достигая коллекторного р-п перехода, инжектированные дырки увеличивают коллекторный ток в значительно большей мере, чем те дырки, которые образовались под действием света непосредственно в базе. Происходит, таким образом, внутреннее усиление фототока, которое обусловливает более высокую интегральную чувствительность фототранзисторов по сравнению с фотодиодами.
Очевидно, что значительная часть инжектированных дырок не попадает на эмиттер и будет рекомбинировать на поверхности, прилегающей к эмиттеру, а также в объеме пассивной области базы.
Очевидно, что значительная часть инжектированных дырок не попадет на эмиттер и будет рекомбинировать на поверхности, прилегающей к эмиттеру, а также в объеме пассивной области базы.
Оно показывает, что концентрация инжектированных дырок уменьшается с увеличением расстояния от перехода по экспоненциальному закону. Величина Ьд носит название длины диффузионного смещения или, короче, длины диффузии дырок.
Оно показывает, что концентрация инжектированных дырок затухает с увеличением расстояния от перехода по экспоненциальному закону. Введенная нами характеристическая длина Ld, есть расстояние, на котором концентрация избыточных дырок уменьшается в е 2 71 раза. Величина Ld носит название длины диффузионного смещения или, короче, длины диффузии дырок.
Зависимость емкости ступенчатого ( а и плавного ( б переходов от обратного напряжения. Диффузионная емкость Сд заряжается как инжектированными дырками, так и электронами, компенсирующими заряд инжектированных дырок.
При высоком уровне инжекции, когда концентрация инжектированных дырок значительно превышает концентрацию равновесных электронов, для поддержания градиента концентрации электронов необходимо значительное электрическое поле. В этом случае перенос тока имеет как диффузионную, так и дрейфовую природу. При этом возрастает диффузионная составляющая / пдиф, обусловленная возрастанием градиента электронов и компенсирующая дрейфовую составляющую / Пдр. Возникшее электрическое поле оказывает влияние на ток неосновных носителей, ускоряя их движение.
Авторами решены уравнения для определения зависимости плотности инжектированных дырок от расстояния до края эмиттера при малом и высоком уровне инжекции. Для малого уровня инжекции получены выражения, близкие к результату Флетчера.
Ри - составляющая тока коллектора, создаваемая инжектированными дырками; / Обр - обратный ток коллекторного перехода.
Поскольку толщина базы мала, то основная часть инжектированных дырок проходит ее насквозь. Как было показано при рассмотрении /) - га-перехода, падение потенциала в основном происходит на самом переходе, а напряженность электрического поля в объеме полупроводника оказывается малою Если дырки не инжектируются, то ток коллектора попросту равен току насыщения для перехода, на который подано смещение в запорном направлении. Когда же неравновесные дырки достигают коллектора, тогда вследствие экстракции этих дырок происходит увеличение тока коллектора, который, как мы видели, попросту равен току дырок, достигающих р - га-перехода благодаря диффузии ( см. гл. Если область с проводимостью га-типа узка, а время жизни дырок достаточно велико, то почти все инжектированные дырки достигнут коллектора. Увеличение тока эмиттера на величину 6 / в приведет к росту дырочного тока на величину у / е и если коллектора достигает только часть инжектированных дырок р, то ток коллектора возрастет на величину Ру / е; таким образом, коэффициент усиления по току ару. Мы предполагаем при этом, что коллекторный ток почти полностью переносится дырками, в чем легко можно убедиться путем создания коллекторной / - области из вещества, обладающего более высокой проводимостью, чем материал с проводимостью га-типа, из которого приготовлена база. Следовательно, для транзисторов с переходами имеем а1, но а может лишь незначительно отличаться от единицы.

Последнем выражении представляет полный заряд Qp, образуемый инжектированными дырками в я-области.
Влияние модуляции толщины базы на входные величины. Во-первых, изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных дырок, которая доходит до коллектора, избежав рекомбинации.
Таким образом, в п-области накапливается избыточный заряд фргшзб инжектированных дырок, и в / 7-обла-сти - избыточный заряд Qnpira6 инжектированных электронов.
Мопи [3] другим методом, основанным на предположении, что инжектированные дырки рскомбшшруют с временем жизни т, и что образец достаточно длинен, чтобы эта рекомбинация могла произойти. Для вывода ( 17) названные предположения не нужны. Поэтому наше соотношение, приводя для длинных образцов к тем же результатам, что и формула Мэни для стационарного случая, применимо также к коротким образцам. Инжекция носителей тока через точечные контакты и р - и-пероходы широко обсуждалась в литературе.
Распределение инжектированных дырок в базе транзистора. Если бы в базе не было рекомбинации, то все инжектированные дырки доходили бы до коллектора и коллекторный ток был бы равен дырочной составляющей эмиттерного тока, которая фактически равна току эмиттера.
Во первых, изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных дырок, которая доходит до коллектора, избежав рекомбинации.
Под действием электрического поля в базе, создаваемого напряжением Убб, инжектированные дырки уносятся в нижнюю часть базы, вследствие чего ее сопротивление еще больше уменьшается. Уменьшение сопротивления нижней части базы приводит к дальнейшему уменьшению напряжения Vi и увеличению УР-п, вследствие чего инжекция носителей и ток через р - / г-переход продолжают расти. Таким образом, входная характеристика однопереходного транзистора ( рис. 5.9 6) относится к S-типу. Ее существенным отличием от аналогичных характеристик других приборов является то, что включение происходит при практически нулевых токах эмиттера.
В процессе выключения при биполярном режиме обратносмещенный управляющий переход осуществляет вынос инжектированных дырок, находящихся в области канала. На этапе формирования потенциального барьера в канале дырки попадают в ускоряющее поле, втягивающее их в затвор Электроны, наоборот, оттесняются данным полем к оси канала и к стоковой области. В результате происходит интенсивное рассасывание накопленного заряда, сопровождающееся протеканием относительно большого по амплитуде отрицательного импульса тока затвора. Выключение СИТ в данном режиме качественно аналогично переключению диода из прямого состояния в обратное.
Таким образом, в n - области накапливается избыточный заряд фрпизб инжектированных дырок, и в р-обла-сти - избыточный заряд QBpiI06 инжектированных электронов.
Обедненные слои в транзисторе и потенциальная диаграмма. В базе обычного транзистора электрическое поле отсутствует, поэтому дальнейшее движение инжектированных дырок определяется процессом диффузии.
Пусть теперь Пхпп пп, что равносильно утверждению, что концентрация инжектированных дырок из р-области в га-область много меньше, чем концентрация электронов, нормально присутствующих в - области.
Как говорилось в § 1.3, при прямом смещении для компенсации объемного заряда инжектированных дырок в базу диода входит с омического контакта ( § 1.7) такое же количество электронов.

На рис. 3.15 показаны диаграммы эммитерного и коллекторного токов, а также распределение инжектированных дырок в базе транзистора для трех случаев.
Поскольку заряды электронов и дырок равны, то количество вошедших электронов равно - количеству инжектированных дырок.
Диффузионная емкость Сд заряжается как инжектированными дырками, так и электронами, компенсирующими заряд инжектированных дырок.
Дырочные инжекционные токи J в кристаллах перилена одинаковой толщины ( 15 мкм и из одной и той же партии. Кривая 1 соответствует току насыщения, 2 - режиму ТОПЗ, 3 - инжекционному току, определяемому рекомбинацией, из 5 10 1 N раствора [ Fe ( CN el4 - ( амплитуды уменьшены в пять раз. С увеличением скорости рекомбинации ( кривая 3 вольт-амперная характеристика приближается к соответствующей характеристике металла, в котором скорость рекомбинации высока. А ] и А представляют соответственно число молекул на единицу площади поверхности кристалла и число инжектированных дырок на единицу площади поверхности кристалла. Константы скорости ( в см3 - с 1) для прямых и обратных реакций обозначены k и & red соответственно.
Схема включения р-п - р транзистора. Поскольку толщина базы W специально выбирается меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда Lp, рекомбинация в базе невелика и подавляющая часть инжектированных дырок дойдет до коллектора. Поэтому ток в выходной цепи будет почти равен току эмиттера. На включенном последовательно с коллекторным переходом сопротивлении нагрузки Rn будет выделяться напряжение, пропорциональное протекающему через него току коллектора.
Вебстер обратил внимание на то обстоятельство, что с ростом тока эмиттера происходит модуляция проводимости базовой области за счет увеличения плотности инжектированных дырок и такого же увеличения плотности электронов, обусловленного требованием электронейтральности. Поэтому с увеличением тока эмиттера проводимость базовой области будет расти, коэффициент инжекции эмиттера Y ( отношение дырочного тока эмиттера к суммарному току эмиттера) - падать, а потери тока, определяемые коэффициентом инжекции эмиттера ( третий член правой части ( 3 - 12), будут расти.
Схема для измерения. Диод включен в прямом направлении, через него протекает прямой ток, в р-области устанавливается распределение инжектированных электронов, в п-области - инжектированных дырок.
Константа скорости прямой реакции vf зависит от внешнего поля по механизму взаимодействия заряда с кулоновским полем зеркального изображения, действие которого направлено на возвращение инжектированной дырки к инжектирующей поверхности.
Так как никакое перераспределение свободных зарядов внутри электрически нейтрального полупроводника не может скомпенсировать объемного заряда дырок, то для восстановления состояния электрической нейтральности полупроводника из внешнего вывода должно войти дополнительное количество электронов, суммарный заряд которых будет равен суммарному заряду инжектированных дырок. Поскольку электрон и дырка имеют равные по величине и противоположные по знаку заряды, то количество электронов, входящих в объем полупроводника из внешнего вывода, должно равняться количеству инжектированных дырок.
Для германиевого р-гг-перехода предыдущей задачи вычислить: а) концентрацию дырок на границе обедненного носителями заряда слоя и материала n - типа, если на переход подаются прямые и обратные напряжения 25, 50 и 100 мВ; б) прямое напряжение, при котором концентрация инжектированных дырок составляет 10 % равновесной концентрации электронов; в) удельную проводимость на границе обедненного носителями заряда слоя в этом случае.
Поэтому электроны, накапливаясь в области п, образуют избыточный отрицательный заряд, который понижает высоту потенциального барьера перехода и, следовательно, вызывает увеличение инжекции дырок из области р в область rii. Инжектированные дырки диффундируют к переходу Я2, проходят через него и попадают в область р2, накапливаясь там.

При приложении внешнего напряжения в прямом направлении из р-области в i-базу инжектируются дырки, а из - области электроны. Инжектированные дырки, диффундируя через базу, частично ре-комбинируют с электронами, а оставшаяся часть пе-рп реходит в n - область, где рекомбинация завершается быстрее вследствие большей концентрации электронов. Аналогично происходит движение инжектированных электронов и.
При этом на эмит-терном переходе возникает дополнительное прямое напряжение, что усиливает инжекцию дырок из эмиттера в базу. Инжектированные дырки, достигая коллекторного перехода, вызывают дополнительное увеличение тока коллектора.
Структура, ВАХ и энергетические диаграммы диодного тиристора. Поэтому часть электронов, оказавшись в потенциальной яме и-базы, образует избыточный отрицательный заряд, который, понижая высоту потенциального барьера правого эмиттерного перехода, вызывает увеличение инжекции дырок из р-эмиттера в / г-базу. Инжектированные дырки диффундируют к коллекторному переходу, втягиваются полем коллекторного перехода и попадают в р-базу. Дальнейшему их продвижению по структуре тиристора препятствует небольшой потенциальный барьер левого эмиттерного перехода. Следовательно, в р-базе происходит накопление избыточного положительного заряда, что обусловливает увеличение инжекции электронов из n - эмиттера.
Зонные диаграммы для транзистора при различных режимах его работы. При большой разнице в удельных сопротивлениях слоев Э и Б электронная составляющая тока, как известно, не играет большой роли и ею пока можно пренебречь. Инжектированные дырки, пройдя базу, доходят до коллекторного перехода и свободно проходят в коллектор.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11