Введение. Современная элементная база, страница 2

где  - модуль коэффициента передачи по току в схеме с общим эмиттером;

f - частота, на которой измеряется величина ;

V_з - скорость пролета носителей через базу (ограничена величиной  10⁷ см / c);

- время пролета неосновных носителей заряда через базу;

W_б - толщина базовой области.

Из выражения следует, что для увеличения частотных возможностей транзистора требуется уменьшать толщину базовой области. Однако есть и ограничение, связанное  с критическим значением напряженности электрического поля (Е_кр = 2Ч10⁵ В/см для кремния), при котором наступает пробой. Поэтому величина произведения максимально допустимого напряжения коллектор-база имеет предел, который для кремниевых транзисторов

.

Отсюда видно, что повышение граничной частоты f_Т  за счет уменьшения толщины базы приводит к снижению напряжения U_кб , что вызывает уменьшение выходной мощности транзистора. Для сравнения приведем следующий пример: у транзистора с частотой f_Т  = 400 МГц  и мощностью до 100 Вт толщина базы W _б = 0,7 мкм, а у транзистора с частотой до 2 ГГц величина W_б = 0,3 мкм и выходная мощность меньше в несколько раз.

К настоящему времени предельные значения частоты мощных биполярных транзисторов приблизились [1.1 - 1.4] к 20 ГГц, что позволило использовать транзисторы в радиотехнике сантиметрового диапазона. Для более высоких частот созданы полевые транзисторы, которые стали активно применять вплоть до миллиметрового диапазона длин волн, как показано в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Мощность отечественных транзисторов миллиметрового диапазона волн составляет десятые и сотые доли ватт. Однако, с учетом прямой видимости радиолиний этого диапазона, они активно используются в выходных каскадах систем передачи информации. Например, в табл. 1.2 приведены некоторые данные полевого транзистора 3П608, применяемого в этих целях.

Эффект оттеснения носителей зарядов. Этот эффект связан с тем, что при высоких уровнях инжекции ток неосновных носителей зарядов оттесняется к внешним краям эмиттера. При больших мощностях плотность тока эмиттера достигает [1.2] 3000 А/см². Так как существует предельное значение плотности тока, при превышении которого может произойти разрушение эмиттера, следует для повышения мощности транзистора удлинять периметр эмиттера, что приводит к увеличению площади электродов и к росту емкостей переходов, что снижает частотные свойства транзистора.

Эффект оттеснения удалось преодолеть благодаря идее Н. Флетчера, предложившего выполнять эмиттер в виде большого числа ячеек квадратиков или полосок, соединенных между собой параллельно и образовывающих многоэмиттерную структуру, позволившую значительно увеличить отношение периметра эмиттера к площади коллектора. Создание полупроводников с высоким отношением периметра эмиттера к площади коллектора и тонкой базой позволило значительно увеличить колебательную мощность биполярных транзисторов и повысить граничную частоту.