Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 11

Для транзисторів малої потужності характерними являються більш високі значення коефіцієнтів a і b, а також більша їх стабільність для конкретного типу. Діапазон параметрів b для малопотужних транзисторів знаходиться в інтервалі 60-1000.

Транзистори середньої і великої потужності виготовляються на напруги до 400-600-1200В і робочі струми до 100А. В останні роки технології виготовлення транзисторів великої потужності суттєво вдосконалені і з’явився ряд технологій, які поєднують в собі як переваги польових транзисторів, так і біполярних. Одним з таких напрямків є побудова біполярних транзисторів з ізольованим затвором (БТТЗ), які поєднують в собі вхідний польовий транзистор з ізольованим затвором і вихідний n-p-n транзистор біполярного типу. Серед транзисторів з такою технологією виготовлення найуживанішим вважають транзистори IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor). Умовне позначення такого транзистора приведено на рис. 1.34, де електроди мають наступні позначення:

Е-емітер, З- затвор, К- колектор.

Область визначеної роботи таких транзисторів досягає по напрузі до 1200В, а по струму колектора – до 120А.

Польові транзистори виготовляються в такому ж діапазоні потужностей, напруг і струмів, що і біполярні. Високий рівень технології дає можливість забезпечувати високу ідентичність параметрів в широкому діапазоні потужностей. Крутизна струмо-затворної характеристики для різних типів транзисторів змінюється в широких межах: в цілому від 0.1мА/В до 30 мА/В для малопотужних транзисторів і від 100 мА/В до 2000 мА/В для потужних.

Іншою класифікаційною ознакою транзисторів являється їх діапазони робочих частот. За цим параметром транзистори поділяються на низькочастотні, середньочастотні і високочастотні.

Для біполярних транзисторів визначаючим параметром являється гранична частота f_тр передачі струму бази, тобто частота, на якій коефіцієнт передачі b=1.

В загальному плані залежність   b(w) описується залежністю:

,

де b₀ – коефіцієнт передачі струму бази на низьких частотах,

w_b - частота зрізу  w_b=2Пf_b,  f_b=bf_a,  f_a =e_a^-1,  e_a=r_К*C_К – постійна часу колекторного переходу транзистора, включеного за схемою ЗБ: C_К – ємність колекторного переходу.

Слід пам’ятати, що f_тр справедлива лише для лінійного режиму роботи транзистора. При роботі в імпульсних режимах враховуються інші параметри, характерні для даного режиму.

В залежності від f_тр транзистори розділяються в такому порядку: при f_тр <30мГц вони відносяться до низькочастотних, транзистори з f_тр=(30-300)мГц відносяться до середньочастотних , а транзистори з f_тр>300мГц – до високочастотних.

Така ж ситуація характерна і для польових транзисторів. Але основною особливістю частотних властивостей польових транзисторів являються їх паразитні ємності. Тому в довідниковій літературі приводяться часто усереднені значення міжелектродних ємностей для кожного типу транзисторів. Останннім часом завдяки розвиткові технологій виготовлення польових транзисторів розміри паразитних ємностей суттєво знижені. Це розширило їх частотні діапазони настільки, що в окремих технологіях вони перевищують частотні властивості біполярних транзисторів.

Для потужних транзисторів, звичайно, приведені частотні діапазони не співпадають з малопотужними, але для них важливими є параметри, характерні для режимів їх використання.

Фототранзистори.

Фототранзистори можуть бути як з двома, так і з трьома електродами. Розглянемо спочатку особливості фото транзистора без базового електроду на основі p-n-p структури. Попадання світлового потоку в область n-бази призводить до генерації носіїв в ній, які колекторним переходом розділяються. Дірки захвачуються колекторним переходом і  переносяться в область колектора, створюючи колекторний струм. Електрони залишаються в області бази, так як відсутній електрод для їх відведення. Завдяки цьому в області бази створюється об’ємний заряд, який зміщує емітерний перехід в прямому напрямку. Як результат, через емітерний перехід зростає потік основних носіїв емітера, які, з одного боку, приводять до часткової рекомбінації електронів в області бази, а з іншого, приводять до появи транзитної складової і зростання загального колекторного струму. Сімейство вихідних характеристик транзистора приведено на рис.1.36. У фототранзисторі фотострум виконує функції струму бази. Відповідно, сімейство вихідних характеристик фототранзистора має близьку аналогію до вихідних характеристик біполярного транзистора. Звідси можна зробити висновок, що фототранзистор забезпечує підсилення фотоструму в b разів, завдяки чому його потужність буде в b разів більшою, ніж фотодіода. Але поряд з перевагами у фототранзистора мають місце і суттєві недоліки. Перший з них полягає в тому, що темновий струм бази зростає також приблизно в b разів. До того ж забезпечення високої швидкодії транзистора, яка досягається за рахунок зменшення ширини бази, приводить до зменшення його чутливості.

В сучасних інтегральних технологіях вказані проблеми зняті завдяки тому, що в рамках одного технологічного процесу на одному кристалі  ї окремо виготовляється фотодіод і підсилюючий біполярний транзистор. Така структура забезпечує і високу чутливість, і, в той же час, високу швидкодію. Такі фототранзистори широко використовуються в ітегральних схемах багатоканальних швидкодіючих оптронів. На рис.1.37. приведене умовне зображення двоканального оптрона ISP521-2 з напругою пробою 2.5кВ,  і струмом колектора 50мА.