Физические основы микроэлектроники, конспект лекций, страница 39

α=β* γ*α*.

  Таким образом, в p-n-p – транзисторе ток обусловлен в основном дырками. Полный ток базы равен

Jб=Jэ*(1- γ)+(1-β)* γ*Jэ-Jкбо=Jэ*(1-α)-Jкбо.

Отсюда ток эмиттера равен

.

Подставляя силовые данные, находим: α=0.99,  .

Когда Jб=0,

.

Отсюда

.

4.4.ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ И ЭФФЕКТ ШОТКИ

  Явление испускания электронов с поверхности нагретого металла получило название термоэлектронной эмиссии. В заметной степени оно наблюдается лишь при высокой температуре, когда число термически возбуждённых электронов, способных выйти из металла, оказывается достаточно большим. Если поместить вблизи нагретого металла проводник и создать между ним и металлом поле, собирающее электроны, то наблюдается термоэлектронный ток, плотность которого определяется формулой Ричардсона-Дешмена:

J=A*T²*exp(-Фм/(к*Т),                                   (4.42)

где – А=4*π*q*m_n*(k²/h³)=1.2*10⁶ A/(м²*К²) - постоянная Ричардсона;            Т – температура; Фм – работа выхода электрона из металла; к – постоянная Больцмана.

  Из (4.42) следует, что плотность термоэлектронного тока определяется температурой эмитирующей поверхности и работой выхода. Для увеличения термоэлектронного тока требуется увеличивать температуру и снижать работу выхода. На практике для снижения работы выхода электронов из катода электровакуумных приборов широко используют катодные покрытия. Для этого используют ряд электроположительных металлов: цезий, барий, церий, торий и другие оксидные покрытия. Снижение работы выхода достигается за счёт того, что атомы материала покрытия отдают валентные электроны катоду и на поверхности возникает положительно заряженный слой, индуцирующий в поверхностном слое металла равный по величине отрицательный заряд. Таким образом, у поверхности катода возникает двойной электрический слой, поле которого способствует выходу электронов из катода, то есть уменьшает работу выхода.

  Противоположным образом действует кислород, адсорбированный поверхностью катода, так как  он получает от металла два электрона и превращается в отрицательный ион. Этот эффект снижает срок службы электровакуумных приборов.

  Если между катодом и коллектором создать разность потенциалов U, препятствующую движению электронов к коллектору, то на коллектор смогут попасть лишь те электроны, у которых энергия не меньше q*U. В этом случае получим следующее  соотношение для тока, текущего в цепи:

              (4.43) 

где S – площадь эмитирующей поверхности,

      Js – ток эмиссии.  Логарифмируя это выражение, получим

Ln J=ln Js+qU/kT

График зависимости ln J от U  представлен на рис. 4.9а.

 

Рис. 4.9.  Зависимость  тока   от   напряжения  на   коллекторе  (а)  и  влияния  

                внешнего поля на высоту  потенциального  барьера  (б)  на  границе

                металл-вакуум.

   Для U<0 он представляет собой прямую, отсекающую на оси ординат отрезок ln Js. При положительном потенциале на коллекторе  все электроны, покидающий эмиттер, попадают на коллектор. Поэтому ток в цепи меняться не должен, оставаясь равным току насыщения (пунктирная прямая на рис. 4.9,а). Это справедливо лишь при малых плотностях токов, когда вблизи эмиттера не возникает значительного заряда электронов, не успевших достичь коллектора. При наличии такого заряда ток будет пропорционален