расстояние, имеет разное значение. Часто оперируют усредненным для целой области значением Хвфф, которое оказывается тогда индивидуальной характеристикой полупроводникового прибора данной конструкции.

Наблюдаемая на опыте нестабильность электрических характеристик полупроводниковых приборов (при неизменном режиме и постоянной температуре) связана главным образом с нестабильностью энергетических характеристик поверхности, что в свою очередь объясняется влиянием окружающей кристалл среды.

Характерным проявлением такого рода нестабильностей является замедленное уста- новление стационарных значений постоянных токов в цепях транзистора после подачи питания (сползание рабочей точки в течение единиц - десятков секунд), так называемый 48-часовой эффект , состоящий в медленном обратимом изменении р1да параметров (в том числе а и /ко) после сильного изменения температуры -транзистора.

,1ля борьбы с этим явлением, ухудшающим качество работы транзисторной аппаратуры, при производстве современных транзисторов принимается ряд специальных мер по стабилизации поверхности полупроводника, после чего сохранение герметичности корпуса полупроводникового прибора является столь же необходимым, как и для электровакуумного прибора.

Конструктивно-технологические разновидности транзисторов

Хронологически первыми появились точечно-контактные транзисторы (рис. 9-44). Пластинка монокристаллического германия / с электронной проводимостью служила базой, а электронно-дырочные переходы образовывались в точках контакта с остриями двух металлических пружинок (э и к). Точечные контакты устраивались на очень малом расстоянии друг от друга (десятки микрон), которое определяло щирину активной области базы и, следовательно, частотный предел транзистора.

Специфическая особенность точечных транзисторов состоит в больших значениях коэффициента усиления по току в схеме с общей базой (а=2-3), что связано с размножением носителей в коллекторе несовершенной структуры. Этот эффект описывают при помощи специального коэффициента Ок - коэффициента усиления коллектора, причем

(9-80)

Несмотря на возможность реализации с помощью таких транзисторов ряда оригинальных схем (мультивибратора на одном транзисторе, двустороннего усилителя и др.), точечные транзисторы в настоящее время полностью вытеснены более совершенными плоскостными, к которым относят-

ся все описываемые ниже разновидности.

У последних р-п переходы, ограничивающие активную область базы, образуются параллельными плоскостями, расположенными перпендикулярно главному направлению движения неосновных носителей от эмиттера к коллектору.

Выращенные или .тянутые транзисторы были первыми плоскостными транзисторами. Монокристаллы полупроводника приготовляют путем медленного вытягивания нарастающего на затравку кристалла из рас-

Рнс. 9-44. Конструкция точечного транзистора.

б - база; э - эмиттер; к - коллектор.

плава данного полупроводника, находящегося при температуре, близкой к затвердеванию. Вводя в расплав в определенные моменты те или иные примеси или изменяя скорость вытягивания кристалла, удается изменять знак проводимости и получать в кристалле чередующиеся области п- н р-типа. Изготовленный таким образом монокристалл разрезается сначала на таблетки, а затем на щтабики сечением 1-2 мм

Рис. 9-45. Этапы изготовления и конструкция выращенного транзистора.

(рис. 9-45), причем по длине каждого шта-бика размещаются три области с проводимостями П; р- и п-типа. После шлифовки, припайки выводов, электролитического травления и монтажа в соответствующем корпусе такой штабик превращается в транзистор.

Концентрация примесей в районе р-п переходов у выращенных транзисторов изменяется плавно, область коллектора обычно бывает наиболее высокоомной.

Сложным моментом технологии выращенных транзисторов является отыскание на штабике тонкой базовой области и припайка к ней вывода. При этом не удается делать базу тоньше 15-20 мк, из-за чего граничные частоты этих транзисторов не превышают 5-10 Мгц.

Сплавные транзисторы получили наибольшее распространение. Они изготовляг Ются путем вплавления примесного вещест-

а с иротивоположных сторон монокри-сталлнческой пластинки полупроводника (рис. 4-46). При такой технологии вывод базы делать легко, так как базовая область образуется в самой пластинке, однако очень тонкую базу сделать трудно из-за большой вероятности сквозного проплавления пла-

n-Ge

Рнс. §-4в. Квиструк-ния сплавного транзистора.

i - рекристаллизо-анные слои германия, вбогащенные Индией (n-Ge).

Рис. 9-47. Конструкция пв-верхностн -барьерног* транзистора.

стинки. Максимальные рабочие частоты сплавных транзисторов имеют тот же порядок, что и выращенных.

При помощи технологии вплавления примесей делают главным образом низкочастотные транзисторы, в том числе мощные.

Поверхностно-барьерные транзисторы. В целях дальнейшего повышения частотного предела был разработан электрохимический способ изготовления транзисторов. Для получения весьма тонких и однородных по толщине базовых областей в пластинках германия вытравливаются струйным методом лунки, а затем путем электролитического осаждения на дно лунок наносятся тонкие поверхностные слои металла, служащие эмиттером и коллектором (рис. 9-47).

Механизм образования р-п переходов у таких транзисторов и у точечных сходен. Поверхностно-барьерные транзисторы получают, на частоты до 60-80 Мгц.

Их недостатками являются малые дому-втимые .ощности (до 10-15 мет) и низкая электрическая прочность. Случайный кратковременный импульс большого тока или напряжения моментально выводит по-верхиостио-барьерный транзистор из строя.

Комбинация метода струйного травле-жия для создания тонкой базовой области с плавлением примесей для получения р-п переходов используется при изготовлении микросплавных транзисторов, частотный яредел которых достигает 100-300 Мгц.

У сплавных, поверхностно-барьерных и микросплавных транзисторов область базы однородная и нринцип их действия соответствует диффузионной модели (см. стр. 405). Эмиттерный и коллекторный р-п переходы резкие, удельное сопротивление области коллектора весьма низкое (обычно такое же, как у эмиттерной области, ,т. е. на

несколько порядков ниже удельного сопротивления области базы).

Дальнейшее повышение частотного предела транзистора достигается созданием в области базы продольного электрического поля путем неравномерного ее легирования (см. стр. 407). Переменную концентрацию примесей создают главным образом с помощью процесса диффузии примесных атомов из газообразной или жидкой фазы внутрь объема полупроводника. Поэтому транзисторы, изготовленные путем диффузии легирующих примесей, часто называются диффузионными, хотя по принципу действия они являются дрейфовыми. Таковы диффузионно-сплавные транзисторы отечественного производства (П401-П403, П410-П416, 1Т308), микросплавные диффузионные транзисторы зарубежных фирм (МАРТ), транзисторы с двойной диффузией примесей и другие разновидности наиболее высокочастотных современных- транзисторов. Ввиду того что диффузия примесей в объем полупроводника происходит достаточно медленно, эти методы позволили создавать хорошо контролируемые весьма тонкие (до 1-2 мк) базовые слои и расширили частотный предел транзисторов до нескольких тысяч мегагерц.

У транзисторов, изготовляемых диффузионными методами, исходная пластинка полупроводника обычно образует коллекторную область (на рис. 9-48 - р-типа). В эту пластинку вплавляется сложный сплав, содержащий в различных концеит-

р-Бе

Рис. 9-4EL Конструкция диф-фузион1;ссШ1аЕного транзистора.

/ - слой р-типа (эмиттер); 2 - слой л-тнпа (база); S - соединительный слой п-типа.

рациях донорную и ащепторную примееи, обладающие различными скоростями диффузии. Выдерживая пластинку с расплавленной каплей этого сплава при высокой температуре в течение определенного времени, достаточного для диффузии примесей на нужную глубину, можно получить такое распределение примесей, какое показано на рис. 9-49, а. С учетом принципа компенсации примесей (стр. 384) можно считать яолучённую структуру равноценной структуре б на рис. 9-49, т. е. р-п-р структуре с плавными р-п переходами и с уменьшающейся в направлении от эмиттера к коллектору проводимостью области базы.

Для получения вывода от такой базовой области часто создается дополнитель-

ный диффузионный слой (так называемый соединительный слой), с которым сплавляется капля другого металла, создающая омический контакт (рис. 9-48).

В таких транзисторах область коллектора получается наиболее высокоомной.

Рис. 9-49. Диаграммы распределения примесей в диффузионно-сплавном транзисторе.

Р - концентрация акцепторной при-мпси; N - концентрация донорной примеси; Ядц- исходная концентрация акцепторной примеси в пластинке полупроводника.

Для уменьщения паразитных индуктивностей выводов наиболее высокочастотные транзисторы изготовляются в корпусах специальной конструкции, в том числе в коаксиальных, рассчитанных на работу в коаксиальных резонаторах (П410, П411).

Специфической особенностью мощных транзисторов является выделение большого количества тепла. Для предотвращения перегрева в конструкциях мощных транзисторов предусматриваются меры по улучшению теплоотвода от кристалла (непосредственное крепление кристалла на массивном основании корпуса транзистора или посредством медных вкладышей большого сечения, шлифовка наружных поверхностей корпуса, предназначенных для сочленения с теплоотводящими элементами конструкции аппаратуры или с радиаторами).

9-6. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРОВ

Статические характеристики

В соответствии с тремя схемами включения транзистора различают статические характеристики транзистора в схемах с об-

щей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором. Наиболее употребительны первые две системы статических характеристик.

Входные характеристики (рис. 9-50) выражают зависимости тока входного электрода транзистора (/ - для схемы с общей базой или /б - для схемы с общим эмиттером) от постоянного напряжения, приложенного к эмиттерному переходу, при различных напряжениях коллектора.

По своей форме входные характеристики транзистора близки к вольт-амперной характеристике диода. Различие характеристик снятых при разных напряжениях коллектора, невелико, особенно в схеме с общей базой. Разброо)входных характеристик в схеме с общей базой обычно не превышает 10-15%, но в схеме с общим эмиттером может быть более существенным и связан главным образом с отличием коэффициента усиления по току.

Начальный участок прямых ветвей входных характеристик, протяженность которого зависит от мощности транзистора, имеет экспоненциальную форму и хорошо описывается выражениями

- для схемы с общей базой и

/б = (1-а) А ( /б.э ,) (9.82)

- для схемы с общим эмиттером.

В этих уравнениях A=q/kT (при 7 = =290° К Ли40 8-), а-коэффициент усиления по постоянному току в схеме с общей базой, /ко - обратный ток коллекторного перехода, а знаки входных напряжений Ua.6 и б.э выбираются так, чтобы при прямом смещении эмиттерного перехода их значения были положительными. Величина А, имеющая размерность тока, выражается соотношением

= , ~--. (9-83)

1-а Ообр

где /bsjtok насыщения эмиттерного перехода; Собр - коэффициент усиления траи-

больше

бомше

л/э.б (9.81)

Рис. 9-БО. Семейства входных статических характеристик транзистора в схемах с общей базой <а> и с общим эмиттером (б).

зистора по постоянному току в схеме с общей базой при обратном включении (при взаимном переключении эмиттера и коллектора); обычно аобр 0,7.