Биполярные транзисторы

Пробой p-n-перехода. Под пробоем понимают значительное уменьшение обратного сопротивления, сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Существует три типа пробоев: туннельный, лавинный и тепловой.

Туннельный пробой связан с «просачиванием» электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше, чем энергия носителей заряда. Он наступает тогда, когда напряженность электрического поля возрастает настолько, что становится возможным туннельный переход электронов из валентной зоны полупроводника с электропроводностью одного типа в зону проводимости полупроводника с электропроводностью другого типа.

Рис.4. Энергетическая зонная диаграмма, поясняющая туннельный переход электрона (а); вольт-амперная характеристика p-n- перехода (б ): 1-лавинный пробой; 2-туннельный пробой; 3-тепловой пробой;

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией. Напряженность электрического поля при этом достаточна велика. При ускорении носителей заряда в обедненной области происходит соударение этих носителей с атомами, они могут ионизировать и образовывать пары (электрон-дырка), вновь появившиеся носители заряда ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию следующих атомов. Для количественной характеристики этого процесса используется коэффициент лавинного умножения M_л, который показывает, во сколько раз ток, протекающий через p-n- переход, больше обратного тока: I= M_л×I_обр

Коэффициент можно определить из эмпирического выражения

где - напряжение, при котором возникает лавинный пробой и ∞

Тепловой пробой возникает в результате разогрева p-n- перехода, когда количество теплоты, выделяемой током в p-n- переходе, больше количества теплоты, отводимой от него.

В зависимости от принципа действия и конструктивных признаков транзисторы подразделяются на два больших класса: биполярные и полевые.

Биполярными транзисторами называют полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя выводами или более, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

В настоящее время широко используют биполярные транзисторы с двумя p-n- переходами, к которым чаще всего и относят этот термин. Они состоят из чередующихся областей (слоев) полупроводника, имеющих электропроводности различных типов. В зависимости от типа электропроводности наружных слоев различают транзисторы p-n-p- и n-p-n- типов.

Транзисторы, в которых p-n- переходы создаются у поверхностей соприкосновения полупроводниковых слоев, называют плоскостными.

Физические процессы в транзисторах. Упрощенная структура плоскостного p-n-p- транзистора показана на рис.1., условные обозначения p-n-p- и n-p-n- транзисторов – на рис.2.