Трутко А.Ф. Методы расчета транзисторов

19.

Результаты расчета зависимости

максимального тока коллекторе

при

различных

температурах

и

напряжениях коллекторного

перехода

U, в

5

10

25

40

Т „ =20° С,

корп

р =

к. маке

= 185 Mem

I, ма

37

18,5

7,5

4,5

Г

КОР

П

=

40

°

С

'

р =

к макс

= 135 Мат

I, ма

27

13,5

5,4

3,4

Г

коРп =

60

°

С

-

р =

к. макс

= 85 Мет

I, ма

17

8,5

3,4

2,1

р =

к.макс

= 35 Мет

I, ма

7

3,5

1,4

0,9

20.

Определение положения уровня Ферми

В области эмиттера (300° К)

v 6-10

18

Е

р

— E

t

=kTIn -^-=0,865-10-

4

-300 In

2

5

-j

0

,

3

=0,32 эв;

Рис.

7-3. Энергетическая диаграм-

ма рассчитываемого сплавного АГ

транзистора.

'р-область

'коллектор

р-область

п~область

эмиттер база

в области базы

ПЙ

1,16-Ю

15

E

f

— E

t

= kTln — = 0,865-10-

4

-300In -тигТпТГ = °

• 1

эв'.

я*

2,5.10

1

*

в области коллектора

Л 6-Ю

18

E

t

— E

F

= kT In -^-=0,865.10-

4

• 300 In "уПо

7

^

'0,32 эв.

14*

211

2*

i. Вольт-амперная характеристика кдллектдрногО

перехода (при отключенном эмиттере)

/ = ^в(е«

и

'*

7

'-1), где /„ = /„. + /„„.= 1,7 *ка;

Т)/7

1 =|,?.Ю-«(е «Р.

1);

Uotm = ^пер + //"'б = t/„ep + / = 42,

где

U

Bt

p

— напряжение на переходе.

Прямая ветвь характеристики

Uпер, в

/, мка

0,1

77

0,1

0,2

3,9-10»

0,36

0,25

2,56-10*

1,33

0.27

5,3-10*

2,5

0,28

8-10*

3,7.

г

>

0,29

1,3-10»

5,75

0,3

1,75-10»

7,65

Обратная ветвь характеристики

^пер.

в

/, мка

^общ. В

—0,01

—0,51

—0,01

-0,02

—0,86

—0,02

—0,03

—1,1

—0,03

—0,05

— 1,37

—0,05

—0,08

—1,53

—0,08

—0,1

—1,57

—0,1

—0,2

— 1,0

—0,2

22.

Расчет зависимости а

Y и Р не зависят от напряжения U

K

;

<х<

= Ма.*;

=

/(</.)

—

--

м

—

а I

50-

W -

30-

-0,8 -0,4

О

0,

J

1

ago

1

g-

£

ъ€

Л

у

и

10,2 0,5 0,75 в

Рис.

7-4. Рассчитанная

вольт-амперная характери-

стика коллекторного перехо-

да сплавною трашистора.

для сплавных транзисторов при не очень высоких температурах ct*=l;

I

М =

^ТГТ»'

.(Jb.)

\^ПРОб/

212

^ПГОб= Ю6 в.

и„ в

\^яРоб /

м

10

0,001

1,001

0,952

20

0,00/

1,007

0,958

30

0,022

1,022

0,973

40

0,052

1,054

1,005

50

0,102.

1,115

1,060

75

0,348

3

1,515

1,44

100

0,820

5,56

5,3

23.

Расчет зависимости Св., =/ (U

x

)

/

ее

ч

2 (?„.«-С)

=

Рис.

7-5. Рассчитанная за-

висимость а=/(£/„).

1,5

1,3

1,1

0,9

об

-Зависимость cfcf(l/

H

)-^

ksS

-«к

О 20 W ВО в

nr

„ ,/l6-8,86- Ю-'М.б-Ю-чМ, 16-10"

= 9.5.10-.]/ 2 (0,42-Е/,) =

=

110

у -

0,42

—

U.

', пф

—и

к

,

в

V0,42—U

K

С

8

.

к

, пф

0

0,67

157

0,5

0,975

113

1

1,21

91

2

1,56

70

5

2,33

47

10

3,24

34

20

4,51

24

30

5,5

20

40

6,35

17,4

24.

Расчет зависимости C

s

.

3

= f(A»)

С

л.в

—

"••>—

2kTD

6

'

Эта зависимость представляет собой прямую, проходящую через

начало координат и одну рассчитанную точку. Ранее было вычис-

лено значение С

д

.

э

при /

в

=0,5 ма; С

д

.

8

=5 500 пф.

шр

Рис.

7-6. Рассчи-

танная завися-

да

мость С

зк

=/(Ук).

Сщ.

,

V

X

*

-—.

C,trf(U„)

-и

к

ю

го зо в

213

25.

Расчет зависимости pi =f(T

a

)

4

060

1 _ l t

Р*=~^Г~

1,6-10*

e

Температурный интервал расчета от —60 до +125° С.

t, 'С

Т,

в

К

4

060

т

е

4

060

Г

е

Pi

t, "С

Т, °К

4

060

Г

е

4 060

т

е

Р«

-63

210

19,4

2,3-Ю

8

15

300

47

320

12,7

3-105

19,9

-43

230

17,7

4,2-10'

2

800

67

340

12

1,5-10=

10

—23

250

16,3

1,1-Ш'

730

87

360

11,3

7,4-10*

4,9

—3

270

15,1

3,2-10

6

212

107

380

10,7

4,2-10*

2,8

27

300

13,6

7,2-Ю

6

47

127

400

10,2

2,5-10*

1,65

26.

Расчет зависимости /

K0

= f{T°) (рис. 7-7)

'KOD

— '

kTb

2

„2

(i + 6)

2

p;

(Л -

А„)

w

2

A

a

w,

772 +Т7Т +

А

'А

"б^б

мка

10

г

1,0

Ю'

2

яг*

I

1к о

%

EH

I Зависимости

| ho'f(t°c)u

! r„..--f^°nl

1

*

Рис.

7-7. Зависимость со-

ставляющих пулевого тока

коллектора (/по и /геи) от

температуры.

-43 -J 27 67 107

С

214

= ^rO,8G-10-

4

-0,22

Pi

(9,5-10-3 — 3,8-10-3)8-10-

3

-1 ,5

(3,6-10-

2

)

2

3,8-10-3-5-10-

3

-1 ,5 , 9,5-10-

3

-3-10-

3

(3,6-m-

2

)

2

+

-

ь-io-

4

2R

K

-2.G-10-

6

;

_T_\ k ?

6

b 2R 1 Rj - *j

т г o,n i

= — 0,86 10-*-1 ,5 0,22 3,14-5-10-4

1

+ gTXTF^ \

1

H

г 0,1 l

a

— 0,07

2

'

(9,3-Ш-

2

)

2

T

/«.^/«oi = 10,3—5- мка

P,

T, °C

г, °к

9

РГ

r

p?

/

ко

, мка

-6<

210

2,34-10

s

9-Ю-

7

9,3.10-

6

—43

237

7,9.10»

2,9-

1С)-

3

2,95-10-*

—23

250

5,3 10

5

4,7-10-"

4,9-Ю-з

—3

270

4,5-10*

6-10-

3

6,15.10-

2

27

300

2,25-10»

1,3-10-'

1,34

r, *c

T, °K

P?

Г

p?

/

к0

, jtWM

47

320

4.Ю

2

8-Ю-'

8,2

67

340

1-Ю

2

3,4

35

87

360

24

15

154

W

380

7,9

48

494

Г27

400

2,7

148

1

520

27.

Расчет зависимости /„

H

= f (Г°) при d = const

ih

'ген — 9" 2x •'

215

Учтем только зависимость rit(T'). Собственная концентрация

носителей равна

4

060

п

4

= 3,5.Ю

16

Г

3

^е

т

;

_4060

9,5-10-»

,,„ f~

/,.

в

=1.6-10-"-2,8-10-

4

2 30-10

_, •3,5.10"Г

3/2

е =

4

060

= 2,48-10-

г

Г

3/2

е

т

.

Т. "С

Г,

е

К

4

060

Г

е

r

V2

/

ген

, л/ся

—65

210

5,15-10-'»

3 050

3,9-10-*

—43

230

2,38-10"

3 500

2,05-10-»

—22

250

9,1-10-»

3 900

9.10-»

—3

270

3,12-10-'

4 400

3,4-10-=

27

300

1,39-10-»

5 190

0,18

г, *с

Т,

9

К

4 060

е

г

З/2

/

ген

> мка

47

300

3,33-10-»

5 720

0,47

67

340

6,66-10-»

6

770

0,805

87

360

1,35-10-»

6 820

2,3

107

380

2,38-10-»

7 400

4,4

127

400

4-

10-

s

8 000

8

Сводная таблица исходных данных и полученных результатов

(подчеркнутые

а = 0,952;

«1=1;

«„,5=19,5;

тг

=

1;

г'

6

= 41,5 ом;

л"

6

=523 ом;

г

6

= 565 ом;

г

х

= 3,50 Мом;

r

m

= 3,48 Мом;

«овр = 0.35;

величины являются исходными)

Р

= 0,952;

Л4

= 1;

г'

8

= 52,0 ом;

г"

в

= 26 ом;

'пред =94 С;

Гц = 600 ом;

г

12

= 570 ом;

г

21

= 3,48 Мом;

г

22

=3,65 Мом;

г'ц =600 ом;

21С)

Сг.а =

(•- а. к

=

Сд.э =

f„

=

/иже

=

81 пф;

47 «^5;

5 550 пф;

1,64 пф;

680 кгц;

3,4 Мгц;

'«в

—

'ген/

'«о

==

£'пРоб

==

^ ПРОЖ

=

£/„ =

^пред

:

о"

8 и

g",2

:

«".!

=

g"ll

=

An

/1,2

:

ft„:

/!

22

А'и

A'l2

А'»

А'и

A"..

Л"..

h"

1 12

d

?».б

?в.в

JV,

1,4 ж/сд;

0,5 мка;

0,18 лкд;

0,11;

148 в;

106 в;

182 в;

= 39 в;

= 9,1-Ю-

4

ом-

1

;

= —9,1-10-* ом-';

=. — 1,85.10-* ом-';

= 9,1-10-* ом-';

= 54 сш;

= 1,57-Ю-

4

;

= —0,952;

= 2,72-10-' ом-

1

;

=

1

100 ол;

= 1,45- Ю-

4

;

= 19,5;

= 5,6-10-» ом-';

=

1

100 ом;

= 1;

=

—

20,5;

= 5,6-10-

в

ом-';

= 2,8-10-

4

см;

= 36 кв/см;

= 0,45 в;

= 0,42 в;

= 6-10

18

еж-';

= 1,16-Ю

16

см-*;

г',

2

= 26 ом;

г'

а

, =3,48 Л1ож;

/-'22 = 0,18 А/ож;

г"„ = 3,65_Мож;

г"„ =0,18 Мом;

г"

21

= 3,65 Мом;

/•"„ = 0,18 Мом;

g„ = l,85-10-» ом-';

g„ = — 2,9-10-» ом-

g„=—1.75.10-» ом

g„ = 3,12-10-» ом-'

g'„ = 9,l-10-* ом-';

g'

12

= 1,35-10-' ом-'

g'

21

=

1,75-10-»

ом-'

g'j

2

=3,12-10-» ож-'

ЛГ

к

= 6-10

18

см-»;

р

в

=0,003 ож-сж;

р

в

= 1,55 ом-см;

р

к

= 0,003 ом-см;

Ч

Як

Дв

ш,

ю

2

и».

= 30 мкеек;

=

5

л/сл

•

= 5 мкмг

= 0,36 мм;

= 0,35 мм;

= 0,55 мм;

= 1,5 мм;

=

50

мкм;

=

80

мкм;

= 150 мкм;

s

••

Тэфф

Ьвфф.б

:

L

D6

L

DK

и

ж

/э

/'пред

= 120С

= 1,95

= 9,3-

= 6,8-

= 1,4-

= 1,15

=

—

5

=олГ

= 185

1 см/сек;

мкеек;

10-» см;

10-» еж;

•

10-' см:

3

на;

мет.

7-2. ПРИМЕР РАСЧЕТА ДРЕЙФОВОГО ГЕРМАНИЕВОГО

р-п-р ТРАНЗИСТОРА

В качестве примера расчета дрейфового германиевого р-п-р

транзистора проведем расчет сплавно-диффузионного транзистора.

Геометрическая структура транзистора представлена на рис. 7-8.

Рис.

7-8. Структура р-п-р

перехода к рассчитываемо-

му дрейфовому транзи-

стору.

£/« = —5 в;

/

э

=

5

ма;

R

3

=75 мкм;

R

6

=

75

мкм;

с =

350

мкм;

Ь

= 200 мкм;

w = 3,5 мкм;

Л

= 120 мкм;

hi = 17 мкм;

I = т =

1

.ил;

Данные для расчета

А

2

=

30

л«.и;

р

к

= 0,65 ом-еж;

т

к

= 30 мкеек;

Л'д.пов^Ю

18

™~

3

;

ЛГ„.

в

.

8

=3.10" см-°;

L

3

= 10 мкм;

УУ

э

=5-10<

8

ел-

8

;

s =

1

000 сл*

2

/с«с;

-с

б

= 10 мкеек.

1.

Расчет времени диффузии

а) Диффузионный соединительный слой

Этот слой образуется в результате диффузии сурьмы в вакууме

или водороде.

Концентрация акцепторных примесей в коллекторной области

jVa.K равна примерно 6,2

•

10

15

см~

3

, что соответствует р

к

=»

=0,65 ом

•

см.

Предполагается, что закон распределения примесей в резуль-

тате диффузии определяется erfc функцией:

у

erfc (у) =

И

-*" dy

218

Так как

erfcQ/)

=

erfe

(

п

"^

)=^Г^

'

"in.V -~6,2-10-

_А,

\ АЛ,„ _

6,2-Ю'

5

то из таблиц для функции erfc находим'

1ц

г/= т=—= 1,95;

J

2

tfDt

/г,

_

17-Ю-

4

1,95

2|/Дг=-т-^Г=

,

пк

=8,7-10-"сд<;

У"0<

=

4,35-Ю-

4

см.

Выбираем температуру диффузии /

ДИ

ф =

800

о

С.

Для этой тем-

пературы коэффициент диффузии сурьмы

в

германии

D

=

=2

•

10~

и

см

2

/сек. Тогда время диффузии будет равно

19-Ю-

8

1

=

2-10-"

-GO

=

1G0

мин

-

б) Транзисторная структура

Эмиттерный сплав должен обеспечивать хорошую смачиваемость

поверхности германия,

не

растекаться

и

обеспечивать равномерное

проплавление Поэтому основой этого сплава являются свинец

(50%)

и

индий (48%). Легирующие примеси — галлий

(1%) И

сурьма (!%)• Таким образом, сплав имеет состав PblnGaSb.

erfc I -

w

\

Л/,

„

6,2-10

15

= 2,07-10-2;

2VDtJ ^

д

.

б

.э

3-10

w

7=^=1,64;

2

Y

Dt

„

,—

3,5-Ю-

4

2/Dt<=—p^— = 2,14-10-

4

CM;

Dt=l,\4- Ю-

8

см

2

.

Принимаем

<

ДИ

ф

=

760°С.

При

этом коэффициент диффузии

сурьмы D=\0~

n

см

2

/сек.

Время диффузии будет равно

1,14-10-*

U

=

10-11-60 "*=

'

9 мин

-

Для проплавлепия соединительного слоя температура вначале

поднимается до 800° С

и

держится па этом уровне

в

течение

2

мин.

При этой температуре коэффициент диффузии сурьмы равен

£>=2-10-

и

см

2

/сск. При этом ZW=2,4-10-

9

еж

2

.

С учетом изложенного выше время диффузии

при

^=760° С

будет равно

1,1410-»

— 2,4-10-»

'«

=

10 -'

*

• 60

мин.

219

2.

Расчет дрейфового поля транзистора

Показатель экспоненты, аппроксимирующей распределение при-

месей в базе, определяется как

ЛГд.к

6,2-10'»

W

3,5-ю-* -i.MO^^-';

а) Расчет у

0

Ш

Е

6

= —- а = 280 в/см.

3.

Расчет а

Yo

=

1

—

^пб.

а

Рб D

a

N

a

L

a

Считая, что для определения величины f

0

особенно важна вели-

чина концентрации доноров в базе у эмиттера, принимаем:

N

6

= N

K в

.

э

=3.10" см-К

Для

УУД.Й

э

=3-10

17

см~' имеем (см. рис. 1-2):

р.„

б

= 1500 см

2

/(сек-в); р.

р6

= 600 см

г

/(сек-в).

Для W

3

=5-10

18

\/см* имеем:

р.

пэ

= 800 см

2

/(сек-в);

JJ.

P8

= 300 см

2

/(сек• в)

и

^ 300

а =

~ТГ ^ "

ТмГ

=7,7 см2

/

сек

-

Вычисляем

AS.CP

:

Т = 300° К;

А = 1,32

-10

-

е

Г>.»

= 2,1

•

10

-

2

;

2УУ

д6э

.10-и

Л= Y^f2 (Ю,2 + 1пГ-0,331пУУ

д

:

б

.

э

) =

2-Ю-'»

=

ь/2

•3-10"(10,2 + 1п300 — 0,33 In

3-10'

7

)

=0,151;

0,26/V„

63

0,26-3- 10

17

10-

,s

Лз= ^•"•'-10-=. да -1.92.10-.;

е-<"»<^1

(~0,02);

1

2.1-10-» + 0.151 2(3.84—l+e-»T

irai

)

+ l

'

92

'

10

"*

1

X

3 —4e-«.

84

(l+3,84) +

e-

2-3

'

84

(l

+ 2-3,84)

==

' '

4(3,84—

1+e-'.

84

)

800-300 21,5-3-10'

7

-3,5.10-

4

_

1500-600 7,7-5-10'«-10-»

,985,

220

Трутко А.Ф. Методы расчета транзисторов

Подождите немного. Документ загружается.