Файл: Электроника Ицкович Учебное пособие Ч2 2017.pdf

101

а 

б 

в 

1

К

3

2

Э

1 

Э

2 

Э

3 

Э

4 

Б

Б

К

Э

Б

К

Э

Б 

К 

э

1 

э

4 

Рис. 11.6 — Многоэмиттерный транзистор 

11.4 

Транзисторы

с

диодом

Шоттки

 
Структура транзистора с диодом Шоттки (ДШ), изготовлен-

ного по изопланарной технологии, показана на рис. 11.7, 

а

. В от-

личие от изопланарного транзистора (см. рис. 11.5, 

д

) здесь базо-

вое контактное отверстие расширено в сторону коллекторной об-
ласти 

n

-типа.  Для  этого  потребовалось  исключить  центральную 

область  из  диоксида  кремния.  Слой  алюминия,  расположенный 
на  базовом  слое 

p

-типа,  образует  с  ним  омический  контакт,  как 

и в  изопланарном  транзисторе.  Слой  алюминия  с  подслоем  дру-
гого  металла  на  границе 1 с  относительно  высокоомной  коллек-
торной  областью  обеспечивает  выпрямляющий  контакт — диод 
Шоттки. Назначение остальных областей транзистора с ДШ такое 
же, как в обычном изопланарном транзисторе. Диод Шоттки ока-
зывается  включенным  параллельно  коллекторному  переходу 
транзистора, как показано на эквивалентной схеме (рис. 11.7, 

б

). 

Как  известно,  прямой  ток  через  ДШ  обусловлен  движением  ос-
новных  носителей  заряда,  а  инжекция  и  накопление  неосновных 
носителей заряда, характерные для 

р-n

 перехода, здесь практически 

102

отсутствуют.  На  рис. 11.7, 

в

  представлены  прямые  ветви  вольт-

амперных характеристик (ВАХ) ДШ (1) и коллекторного р-n пе-
рехода  обычного  изопланарного  транзистора (2) при 

Т = 

300  К. 

Прямое напряжение при токе 

ПР

I

= 2 мА для ДШ на 

360

U

Δ ≈

 мВ 

ниже,  чем  для  коллекторного 

р-n

  перехода.  Указанные  свойства 

ДШ  используются  для  существенного  уменьшения  времени  рас-
сасывания 

рас

t

 — одного  из  основных  параметров,  характеризу-

ющих работу биполярного транзистора в импульсном режиме. 

n(x) 

p(x) 

Э  ЭП 

Б 

КП 

К 

n

+ 

n(x) 

Э  ЭП 

Б 

КП 

К 

n

+ 

a

г

д

) 

VD 

VT 

U

пр 

0,2

0,6

б

в

е

К

Б

Э

p

SiO

2 

p

– 

n

n

+ 

P

+ 

1

1

∆U

2

I

2

1

Рис. 11.7 — Биполярный транзистор с диодом Шоттки 

11.5 

Диодное

включение

транзистора

 
В  биполярных  микросхемах  в  качестве  диодов  широко  ис-

пользуют транзисторы в диодном включении. Диоды с различными 

103

электрическими  параметрами  можно  получить  на  основе  одина-
ковых транзисторных структур, выбирая соответствующую схему 
включения. 

На  рис. 11.8 приведены  пять  возможных  схем  включения. 

К основным  электрическим  параметрам  таких  диодов  относятся 
прямое  напряжение  на  диоде  при  заданном  прямом  токе,  обрат-
ный ток при заданном обратном напряжении, напряжение пробоя 
и  время  восстановления  обратного  сопротивления.  Рассмотрим, 
как зависят эти параметры от схемы включения транзистора. 

1 

2 

3 

4 

5 

U

КБ

=0 

I

K

=0 U

ЭБ

=0 

I

Э

=0 

U

КЭ

=0 

Рис. 11.8 — Схемы включения транзисторов в диодном режиме 

 
Прямое напряжение на диоде  

0

ln(

1)

,

ПР

ПР

T

ПР Б

ПЕР

r

I

U

I

r

U

U

I

= ϕ

+ +

=

+

              (11.1) 

где 

пр

I

 — прямой  ток; 

0

I

 — обратный  ток, 

Б

r

 — объемное  со-

противление  базы.  Здесь  первое  слагаемое  определяет  падение 
напряжения на 

р-n

 переходе, а второе — на базовой области. Со-

противление 

1

Б

r

  также  зависит  от  схемы  включения:  это  может 

быть либо сопротивление базы, либо сопротивление коллектора, 
либо их сумма. Сопротивление эмиттерной области пренебрежи-
мо мало из-за высокой концентрации примесей в ней. При малых 
прямых  токах  второе  слагаемое  можно  не  учитывать.  В  области 
малых токов прямые ветви ВАХ удобнее сравнивать по величине 

пр

I

  при  одинаковом  для  всех  схем  прямом  напряжении.  Для 

определения значения прямого тока нужно выяснить, через какой  

р-n

 переход (или переходы) он протекает и из каких составляющих 

складывается.  Воспользуемся  моделью  дискретного  транзистора, 

104

приведенной на рис. 11.9, на которой указаны токи эмиттерного 
и коллекторного переходов и внешние токи эмиттера, базы, кол-
лектора.  Здесь 

N

α  — нормальный, 

i

α  — инверсный  коэффици-

енты передачи тока, резисторы 

1

Б

r

 и 

1

К

r

 учитывают сопротивления 

базы и коллектора. Как видно из рис. 11.9, через каждый 

р-n

 пе-

реход  транзистора  может  протекать  ток  инжекции  носителей, 
обусловленный  прямым  смещением  перехода  (токи 

1

I

  и 

2

I

),  и 

встречный  ток,  связанный  с  коллектированием  этим  переходом 
носителей,  инжектированных  через  соседний 

р-n

  переход  (токи 

1

2

,

N

i

I

I

α

α ). 

I

Б 

I

2 

I

1 

I

К 

I

Э 

r

1

Б 

r

1

K 

Б 

К 

Э 

Рис. 11.9 — Эквивалентная схема биполярного  

транзистора 

 
В  процессе  анализа  различных  схем  включения  транзисто-

ров в диодном включении необходимо выяснить, какая из приве-
дённых схем имеет лучшие эксплуатационные характеристики  и 
параметры. 

Важными  параметрами  являются:  обратный  ток  перехода, 

пробивное напряжение, мощность, рассеиваемая на транзисторе. 

Основные положения, которые будем учитывать при анализе: 
1. При производстве интегральных схем основным полупро-

водниковым  материалом  является  кремний 

Si

,  а,  следовательно, 

обратные токи обусловлены в основном токами термогенерации, 
т. е. процессами генерации носителей в переходе. 

2.  Элементы  интегральных  схем  в  подавляющем  большин-

стве работают при токе десятки микроампер, т. е. в режиме малых 
токов, следовательно, и анализ будем вести для этого режима. 

105

3. Учитывая п. 2, вторым слагаемым в формуле (11.1) можно 

пренебречь и учитывать падение напряжения на переходе. 

4. Коллекторный переход транзистора, как правило, работа-

ет  при  более  высоких  обратных  напряжениях  по  сравнению 
с эмиттерном переходом. Это достигается меньшей степенью ле-
гирования  коллектора,  чем  эмиттера,  а,  следовательно,  коллек-
торный  переход  занимает  большую  площадь.  Учитывая  п. 1, 
можно сделать вывод, что обратный ток эмиттера много меньше 
обратного тока коллектора, 

0

0

K

Э

I

I

>>

. 

5.  При  анализе  будем  считать,  что  прямые  токи  при  всех 

схемах включения должны быть одинаковыми. 

6.  Считаем,  что  ток  через  транзистор  (диодное  включение) 

задаётся от генератора тока, т. е. определяется внешними элемен-
тами. 

Анализ схем включения показывает, что в схемах 3 и 4 ра-

ботают  коллекторные  переходы.  Обратные  токи  равны 

0

К

I

, 

напряжение  пробоя 

.

КПРОБ

U

.  Учитывая,  что  переход  довольно 

широкий, механизм пробоя носит лавинный характер, а, следова-
тельно, напряжение пробоя достаточно велико. 

Падение напряжения при прямом смещении на переходе для 

обеих схем одинаковое и равно: 

0

.3,4

0

ln

ПР

К

КБ

T

К

I

I

U

I

+

= ϕ

.                         (11.2)  

В

схемах

 1 

и

 2 

работают

эмиттерные

переходы

. 

Учитывая

, 

что

эмиттерный

переход

довольно

узкий

, 

из

-

за

высокой

степени

легирования

эмиттерной

области

механизм

пробоя

обусловлен

туннельным

эффектом

, 

следовательно

.

.

.

.

Э ПРОБ

К ПРОБ

U

U

<<

. 

Об

-

ратные

токи

в

схемах

 1 

и

 2 

меньше

, 

чем

в

 3 

и

 4. 

Падение

напряжения

на

переходах

, 

смещенных

в

прямом

направлении

, 

равны

:  

0

.1,2

0

ln

пр

Э

ЭБ

T

Э

I

I

U

I

+

= ϕ

. 

                     (11.3) 

Сравнивая формулы (11.2) и (11.3), видим, что в схемах 1 и 

2  падение  напряжения  при  прямом  смещении  на  переходе  выше, 
чем в 3 и 4, а следовательно, и  мощность, рассеиваемая на 1 и 2 
выше. Если обратные токи отличаются на два порядка, то величина