Что такое инжекция и экстракция

Что такое инжекция и экстракция

В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы: инжекция, диффузия, рекомбинация и экстракция.

Схематически распределение инжектированных дырок р_n(х) показано на рисунке 5.5.

Рис. 5.5. Распределение инжектированных дырок в базе

Рис. 5.6. Зонная диаграмма биполярного транзистора:
а) в равновесном состоянии; б) в активном режиме

5.2.1. Биполярный транзистор в схеме с общей базой. Зонная диаграмма и токи

На рисунке 5.6а показана зонная диаграмма биполярного транзистора в схеме с общей базой в условиях равновесия. Значками (+) и (-) на этой диаграмме указаны основные и неосновные носители.

При приложении к эмиттерному переходу прямого напряжения U_э > 0 в биполярном транзисторе p-n-р происходит инжекция дырок из эмиттера в базу I_эр и электронов из базы в эмиттер I_эn. Ввиду того, что эмиттер легирован намного сильнее базы, ток инжектированных дырок I_эр будет значительно превышать ток электронов I_эn. Инжектированные в базу дырки в результате диффузии будут перемещаться в коллекторному переходу, и если ширина базы W много меньше диффузионной длины L_p, почти все дырки дойдут до коллектора и электрическим полем коллекторного p-n-р перехода будут переброшены в р-область коллектора. Возникающий вследствие этого коллекторный ток лишь немного меньше тока дырок, инжектированных эмиттером.

Вольт-амперные характеристики БТ в активном режиме (U_k > 0):

В активном режиме к эмиттеру приложено прямое напряжение и через переход течет эмиттерный ток I_э, имеющий две компоненты:

Тепловой ток коллектора I_к0 имеет две составляющие:

На рисунке 5.7 приведена схема биполярного транзистора в активном режиме, иллюстрирующая компоненты тока в схеме с общей базой.

Источник

Инжекция и экстракция неосновного носителя заряда

Дата добавления: 2015-08-14 ; просмотров: 7551 ; Нарушение авторских прав

Прилагая к p-n переходу внешнее электрическое поле изменяем высоту потенциального барьера p-n перехода и соотношение между дрейфующими токами.

Пусть к p-n переходу приложено прямое напряжение, то величина потенциального барьера снизится.

Инжекция – повышение концентрации неосновных носителей заряда в p-n областях при прямом напряжении

Экстракция– при обратном напряжении.

Соотношение между равновесными концентрациями в n и p областях имеет вид:

Концентрация неравновесных носителей заряда на границе объединенных слоев:

Для определения концентрации сбыточных неосновных носителей заряда на границе объединенного слоя используют формулы:

Отсюда следует, что в не симметричных p-n переходах область будет инжектировать значительно больше заряженных частиц, чем n область, то есть инжекция носит односторонний характер и главную роль играют частицы.

Где .

Для не симметричного p-n перехода

Другой критерий оценки качества p-nперехода – уровень инжекции:

Если δ >1-высокий уровень инжекции.

Это связано с тем, что p области находятся на расстоянии диффузионной длины, могут попадать в поле перехода и перебрасываться в n область. В результате концентрация неосновных носителей заряда в pобласти снижается.

Концентрация неосновных носителей заряда вблизи перехода:

Поведение неосновных носителей заряда при экстракции:

Источник

ЭКСТРАКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Полезное

Смотреть что такое «ЭКСТРАКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА» в других словарях:

экстракция носителей заряда — экстракция Выведение носителя заряда из полупроводника. [ГОСТ 22622 77] Тематики материалы полупроводниковые Синонимы экстракция … Справочник технического переводчика

Экстракция носителей заряда — 46. Экстракция носителей заряда Экстракция Выведение носителя заряда из полупроводника Источник: ГОСТ 22622 77: Материалы полупроводниковые. Термины и определения основных электрофизических параметров … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

экстракция носителей заряда — krūvininkų išsiurbimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. charge carrier extraction vok. Ladungsträgerextraktion, f rus. экстракция носителей заряда, f pranc. extraction des porteurs de charge, f … Radioelektronikos terminų žodynas

экстракция носителей заряда — krūvininkų ekstrakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Krūvininkų perėjimas iš puslaidininkio į jį liečiantį metalą arba puslaidininkį, kai per jų sąlyčio ribą teka elektros srovė. atitikmenys: angl. charge carrier extraction rus. экстракция … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

экстракция носителей заряда — krūvininkų ištraukimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. charge carrier extraction vok. Ladungsträgerextraktion, f rus. экстракция носителей заряда, f pranc. extraction de porteurs, f; extraction de porteurs de charge, f … Fizikos terminų žodynas

экстракция носителей заряда — Выведение носителей заряда из области полупроводника, где они являются неосновными, через электронно дырочный переход или контакт металл полупроводник ускоряющим электрическим полем, созданным действием внешнего напряжения … Политехнический терминологический толковый словарь

Экстракция — 9.1. Экстракция 9.1.1. Бананы, цитрусовые (мякоть и сок) Измельченные образцы исследуемых продуктов массой 25 г вносят в коническую колбу на 250 300 см3, добавляют 100 см3 ацетона, интенсивно встряхивают вручную в течение 3 мин и помещают на… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 22622-77: Материалы полупроводниковые. Термины и определения основных электрофизических параметров — Терминология ГОСТ 22622 77: Материалы полупроводниковые. Термины и определения основных электрофизических параметров оригинал документа: 11. Акцептор Дефект решетки, способный при возбуждении захватывать электрон из валентной зоны Определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коллектор — анод электровакуумного прибора; анод; отрасл. коллектор Электрод, основным назначением которого обычно является прием основного потока электронов при электрическом разряде. коллекторная область; коллектор Область полупроводникового прибора,… … Политехнический терминологический толковый словарь

коллекторная область — коллекторная область; коллектор Область полупроводникового прибора, назначением которой является экстракция носителей заряда из базовой области … Политехнический терминологический толковый словарь

Источник

Явления инжекции и экстракции. Прямое и обратное напряжение

Инжекция – явление, при котором происходит увеличение концентрации неосновных носителей заряда в приконтактных областях. Явление инжекции является следствием уменьшения высоты потенциального барьера в p-n-переходе при подаче на него прямого смещения («+» на p-область и «–» на n-область).

При подаче прямого напряжения электроны инжектируются из n в p область, дырки наоборот. Переходя в соседние области эти носители заряда становятся неосновными (что приводит к увеличению концентрации неосн. неосителей вблизи ОПЗ)

Для несимметричного p-n перехода, (например Nд>Nа) инжекция носит односторонний характер. Главную роль играют носители заряда, инжектируемые из высоколегированного п/п в слаболегируемый п/п. Слой, из которого инжектрируются заряды – эммитер, а слой в который инжектируется – база!

Экстракция – явление, при котором концентрация неосновных носителей заряда в приконтактных областях уменьшается. Явление экстракции является следствием увеличения высоты потенциального барьера в p-n-переходе при подаче на него обратного смещения («-» на p-область и «+» на n-область).

При таком включении ток через переход будет носить дрейфовый характер (за счет неосновных носителей заряда) т.к. их достаточно мало, то и обратный ток через переход тоже мал. При обратном смещении увеличивается ОПЗ и увеличивается внутреннее электрическое поле, оно будет складываться с внешним. (т.к. при экстракции направление внутреннего электрического поля будет совпадать с внешним электрическим полем обратного напряжения). Это внутреннее поле будет выталкивать неосновные носители заряда из областей, прилегающих к ОПЗ, в результате чего их концентрация упадет до 0.

Источник

Биполярный транзистор

Слово транзистор образовано из двух составляющих: trans – переносить, rezist – сопротивление.

Транзистор – это усилительный нелинейный элемент. Существуют две разновидности транзисторов – Биполярный и полевой.

Биполярный транзистор имеет два взаимодействующих выпрямляющих p-n перехода. Транзисторный эффект проявляется только когда эти p-n переходы выполнены очень близко друг от друга внутри одного монокристалла.

Такая структура представляет собой два диода с общей базой, включенной навстречу друг другу, получаем следующие схемы транзисторов: а). структура слоев, б). эквивалентная схема из двух диодов, в). условное обозначение

Выводы транзистора обозначаются:

Также обозначены эмиттерный (ЭП) и коллекторный (КП) п-р переходы.

В зависимости от чередования слоев бывают транзисторы п-р-п и р-п-р структуры.

Усилительные свойства биполярного транзистора обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда обеих полярностей – дырок и электронов.

Инжекция – ввод неосновных для этой области носителей заряда под действием прямого напряжения. Инжекция происходит из области зарождения зарядов, то есть области, подключенной к прямому напряжению (чаще всего из эмиттера в базу в схеме с общим эмиттером).

Экстракция – извлечение основных носителей для данной области под действием обратного напряжения. Экстракция происходит из промежуточной области в выходную (чаще всего из базы в коллектор в схеме с общим эмиттером).

Итак, транзистор имеет два p-n перехода. Первый, примыкающий к эмиттеру, называется эмиттерным, он является главным, определяющим.

Обычно, чаще всего к ЭП подключено прямое напряжение, а к КП – обратное.

Расстояние между переходами, т.е. толщина базы «b» должна быть меньше диффузионной длины электрона, т.е. длины свободного пробега от момента генерации до рекомбинации – L, но меньше длины волны электрона – .

Если b>L, то основная масса электронов застрянет в базе, если b

В зависимости от способа легирования базы различают дрейфовые и диффузионные транзисторы.

Диффузионные основаны только на процессах диффузии, при этом база однородна.

Если база неоднородна, то у носителей заряда к процессу диффузии добавляется дрейф в электрическом поле базы.

Обозначим N – количество легирующих примесей в транзисторе, тогда N_э – количество легирующих примесей в эмиттере, N_Б – в базе, N_к – коллекторе. Для стабильной работы транзистора должно выполняться следующее неравенство:

Под действием прямого напряжения электрон попадает в базу из эмиттера – инжекция. Имеем прямо смещенный эмиттерный переход. Величина напряжения открытия ЭП 0.2В для Ge, 0.7В для Si. В это же время происходит инжекция дырок из Б в Э, но т.к. N_Б >I_КБО, при нормальной температуре, следовательно им можно пренебречь

Запишем первый закон Киргофа для точки соединения эмиттера, базы и коллектора:

I_Б = I_к/— I_к

I_Б = I_к()

I_к = I_Б() =

— динамический коэффициент передачи тока, >>1

I_к = I_Б (3)

Из выражений 2 и 3 следует, что транзистор – управляемый элемент, причем управляется током, т.к. значение выходного тока I_к зависит от значений входных токов: I_Б и I_Э. Ток базы является управляющим, ток эмиттера задающим. Ток базы очень мал по сравнению с током коллектора, поэтому биполярный транзистор – прибор, усиливающий ток.

Реальная структура БП транзистора

Каждый из переходов имеет боковую и донную части. Рабочая область расположена под донной частью эмиттерного перехода. Заштрихованные области – паразитные сопротивления.

Сопротивление прямосмещенного ЭП мало – сотни Ом, а сопротивление обратносмещенного КП очень велико порядка мега Ом, следовательно в коллекторную цепь можно включать нагрузку с большим сопротивлением не изменяя I_К, следовательно, т.к. I_к I_Э и R_КП>>R_ЭП, то по формуле P=I 2 R – транзистор является усилителем мощности.

Далее так как U_ЭП0,3…0,7В, U_КП10…30В, следовательно U_ЭП

Отсечки – к обоим переходам подключены обратные напряжения I_К0 используется для размыкания цепей.

Основной режим работы для аналоговых приборов – активный,. Насыщения и отсечки для цифровых.

§3.3 Схемы включения транзисторов

Транзистор можно представить в виде четырехполюсника, если один из выводов одновременно подключить к входу и выходу. В зависимости от того какой из них является общим для входа и выхода различают схемы с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

· Транзистор, независимо от способа включения, всегда усилитель мощности

· Схема с ОЭ усиливает так же напряжение и ток

· Схема с ОБ усиливает только напряжение

· Схема с ОК только ток

Входной сигнал между Эмиттером и Базой, нагрузка между Коллектором и Эмиттером, R_вх ≈10 Ом и R_вых ≈ 10 кОм невелики. I_вх = I_Б, I_вых = I_К; U_вх=U_БЭ, U_вых=U_КЭ.

R_вх сотни Ом и R_вых 10 десятки кОм, I_вх = I_Э , I_вых = I_К; U_вх = U_ЭБ, U_вых = U_КБ

Применяется при работе на высоких частотах.

ОК – эмиттерный повторитель

R_вх сотни кОм и R_вых десятки Ом; I_вх = I_Б, I_вых = I_Э; U_вх = U_БК, U_вых = U_ЭК

Независимо от схемы включения управляющий переход всегда эмиттерный, а управляемая цепь, сопротивление которой меняется – эмиттерно-коллекторная. В активном режиме назависимо от схемы включения ЭП – всегда включен в прямом направлении, КП – в обратном (см рис).

Основные параметры транзистора– коэффициенты усиления

по току K_I =

по напряжению K_U =

по мощности K_Р = = = K_U K_I

входное сопротивление R_вх =

выходное сопротивление R_вых =

§3.4 Классификация и маркировка транзисторов

Транзисторы классифицируются по частоте и мощности рассеивания

низкочастотные 0.3 МГц

среднечастотные 0.33

высокочастотные 3 1.3 Вт

Например, транзистор марки КТ313А – первая буква обозначает материал (К – кремний, Г – германий), вторая буква – марку (Т – биполярный, П – полевой), первая цифра обозначает класс, вторая, третья и буква – обозначения завода изготовителя. Т.е. наш транзистор – кремниевый, биполярный, маломощный, высокочастотный.

§3.3 ВАХ транзисторов

Для схемы с ОЭ это зависимость I_Б от U_БЭ при заданном U_КЭ = const. Входные характеристики нелинейны, они похожи на ВАХ диода. По входной характеристике можно определить R_вх, для этого берется и соответствующий — это дифференциальное сопротивление по переменному току.

Выходные характеристики – зависимость I_К от U_КЭ при I_Б = const, характеристика так же нелинейна.

до 6 мкА ток растет быстро, потом почти не увеличивается.

Выходные характеристики дают количественную связь между I_Б, I_К, U_КЭ.

По ним можно найти R_вых =

Область левее кривой U_кб=0 называется областью насыщения. Область между U_кб=0 и I_б=0 называется активной, ниже I_б=0 – область отсечки.

§3.6 h – параметры

По выходным ВАХ видно, что в области малых сигналов ВАХ линейна, и, кстати, все линии имеют одинаковое сопротивление, поэтому только в этой области работа транзистора может быть описана системой линейных уравнений, которые выражает зависимость выходного тока I₂ и входного напряжения U₁ от входного тока I₁ и выходного напряжения U₂, h – параметры это параметры при переменных системы линейных уравненийю.

применительно к схеме с ОЭ

для переменного синусоидального сигнала

заменяя комплексами получаем

h – параметры находятся экспериментально

при U_КЭ =const, физический смысл – выходное сопротивление

при I_Б =const, физический смысл – величина обратная коэффициенту усиления по напряжению

при U_БЭ =const, физический смысл – коэффициент усиления по току

при I_Б =const, физический смысл – выходная проводимость

§3.6 Температурная нестабильность

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник