Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Анализ работы и применение активных полупроводниковых элементов

Влияние высокого уровня инжекции

Физическое обоснование высокого уровня инжекции

Как следует из неравенства (1.64), инжекционные состояния низкого уровня преобладают тогда, когда изменения концентрации носителей незначительны по сравнению с примесной концентрацией (концентрацией легирования). Состояние низкого уровня инжекции выполняется в БТ при незначительных смещениях и в установившемся режиме работы, так как величина изменения концентрации в этом режиме не превышает концентрацию равновесия неосновных носителей, которая незначительна по сравнению с концентрацией легирования. С другой стороны, изменения уровней концентраций носителей в эмиттере и в базе при прямом активном режиме работы, а также во всех трех объемных областях в режиме насыщения являются экспоненциально увеличивающимися функциями напряжений, смещающих переходы в прямом направлении. Это показано в уравнениях (2.19) и (2.21) - для эмиттера, в (2.25), (2.26) и (2.27) - для базы и в (2.30), (2.31) - для коллектора. Поэтому предположение об инжекции низкого уровня не выполняется для достаточно высоких уровней напряжения смещения. Высокая точность в моделировании прибора в состоянии высокого уровня инжекции важна, главным образом, в аналоговых схемных применениях, в которых прибор, как правило, работает только в прямом активном режиме. Можно повторно моделировать лишь объемные области, прилегающие к переходу ЕВ, поскольку напряжение коллектор-база смещает переход СВ в обратном направлении и сохраняет коллекторную сторону базовой области и коллектор в состоянии низкого уровня инжекции. Однако при достаточно высоких уровнях коллекторного тока падение напряжения на активной области коллектора может стать большим, чем прикладываемое смещение VCB, и, таким образом, компенсировать его, смещая переход СВ в прямом направлении. В результате объемные соседние области этого перехода могут быть приведены в состояние с высоким уровнем инжекции. Поскольку избыточная концентрация обратно пропорциональна примесной концентрации, можно принять состояния с низким уровнем инжекции для двух сильно легированных объемных областей-эмиттера и подложки. Ясно, что база и активный коллектор входят в состояние с высоким уровнем инжекции при намного меньших уровнях смещения, чем эти две области.

На основе этих рассуждений и будем повторно моделировать БТ.

Чтобы рассмотреть поведение двух пространственных областей базы - пассивной и активной, рассмотрим структурную схему прибора, представленную на рис. 2.16, а. Соответствующая диаграмма энергетических уровней изображена на рис. 2.16,6. Структура содержит два пути тока базы влево от xB=W. Один - главный ток между точками активной базы Е и В', а другой - ток между точками В и В' по пассивной области базы.

Дополнительно рассмотрим два других основных предположения для модели с высоким уровнем инжекции.

Кроме областей переходов ЕВ и СВ всюду в структуре преобладает квази- нейтральное состояние, т. е.р-(п + N) = 0. Это предположение было доказано в разделе 1.3.3 для низкого уровня инжекции. Попытаемся распространить его и на случай высокого уровня инжекции. Записав уравнение Пуассона zdE лт л (?)(dE)

---p+n-N = 0, видим, что пока - — меньше р или п, или N, состоя-

е dx ye)dx)

ние квазинейтральности выполняется независимо от уровня инжекции, значит, может быть рассчитан уровень смещения, при котором данное предположение больше не работает.

2. На контактах к поверхности эмиттера, базы и коллектора измененная концентрация носителей исчезает. Это происходит потому, что электронный и дырочный квазиуровни Ферми сливаются воедино в точках контактов к эмиттеру, базе и коллектору. Потенциальное различие между этим объединенным и собственным уровнями Ферми равно равновесному потенциалу Ферми, т. е.ф/тя - в эмиттерном контакте, §FB - в контакте базовой области и - в контакте коллектора. Внешние напряжения смещения Veb и Vcb определяют различие между этими тремя уровнями Ферми в контактах. Также отметим независимые от местоположения квазиуровни Ферми основных носителей в эмиттере и подложке, так как в них принято предположение о низком уровне инжекции. Квазиуровень Ферми основных носителей в базе также независим от местоположения, что показано в уравнении (1.107) при рассмотрении случая, когда присутствует большая концентрация дырок и малая плотность тока дырок, связанная с этой областью.

Эффект высокого уровня инжекции в базовой области и в активном коллекторе

Рис. 2.16. Эффект высокого уровня инжекции в базовой области и в активном коллекторе:

а - структурная схема; б - диаграмма энергетических уровней

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы