Föreläsning 8 iolära ransistorer Funktion biolär transistor Geometri nn D oeration, strömförstärkning Oerationsmoder Early-effekten n transistor G. alla 1
Komonentfysik - Kursöversikt iolära ransistorer n-övergång: kaacitanser Otokomonenter n-övergång: strömmar Minnen: Flash, DRAM MOSFE: strömmar MOSFE: laddningar n-övergång: nbyggd sänning och rymdladdningsområde Doning: n-och -ty material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandga Ellära: elektriska fält, otentialer och strömmar 2
deal transistor sänningsstyrd strömkälla i in out + + out V in - k V in V out - Ökande V in re-terminal komonent deal ransistor nsänning: V in tström: out =k V in - oberoende av V out V in oberoende av V out isolation! Hur konstruerar vi en biolär transistor? Varför behöver en transistor biaseras? V out 3
n-transistor från två n-övergångar! Varför blir en nn-övergång en transistor? Vilken karakteristik förväntar vi oss? 4
Framsänd n-övergång n=n o ex( a /k) A E Fn e a -d n d P a 5
acksänd n-övergång n=n o ex( a /k) n 0 n = n i 2 A A E Fn e a -d n d A P P a 6 - a
iolär transistor: nn n=n o ex( a /k) n 0 E P E Fn e a -d n d Framsänd emittor-bas njecerar elektroner Styrs av E acksännd bas-kollektor Drar ut elektroner : oberoende av 7
E ökar iolär transistor: nn Elektron diffusionsströmmar E ökar E 8
Reetition - diffusionsströmmar n n konstant: dn( x) ea n nx ax b dx n(0) n( W ) n(0) n( x) x n(0) W n(0)>>n(w ) 0 dn ( x) n( W ) n n(0) dx W W n(w ) W x 9
nn biolär transistor, geometri & doningar Emitter as Kollektor W E W W Doning Donator -ty DE - + E DE P A D - + A Emitter Accetor P-ty as D n ea n dn dx ( x) ea dn( x) dx Kollektor 10
Aktiv Mod as & Kollektorströmmar E ea nn W W ea E A n DE 2 i 2 i ex( ex( E E ) ) as E Kollektor Emitter E h FE nw W E DE A unn bas! Låg basdoning! Hög Emitterdoning! E as-emitter framsänd: Flyter både hål (bas) och elektron (kollektor) ström! Stor strömförstärkning: A < DE. W << W E Gäller om E - E > 0 : as-kollektor ska vara backsänd! 11
Exemel nn transistor i aktiv mod ea nn W W ea E A n DE 2 i 2 i ex( ex( E E ) ) h eräkna! FE nw W E DE A Doning & Geometri: DE = 10 25 m -3 A = 10 24 m -3 D = 10 23 m -3 A=10 4 µm 2 W = 0.5 µm, W E =W = 5 µm Konstanter: µ n = 0.135 m 2 /Vs µ = 0.045 m 2 /Vs n i =10 16 m -3 V =25.6 mv Sänningar: E = 1.7 V 12
Aktiv Mod vå-ort vid D - Storsignal ea W E n DE 2 i E ex( ) 0 ex( E ) Samma 0 som för en diod Kollektor bas ska vara tillräckligt backsänd: E > E + 0.3 oberoende av E! as Kollektor E F E emitter 13
iolär transistor: nn aktiv mod Kollektor 0.1 V E =0.816V as E E Emitter E Kollektorström (A) 0.08 0.06 0.04 0.02 V E =0.810V V E =0.798V V E =0.781V E > 0.7V E - E > 0.2-0.3V V E =0.0V 0 0 1 2 3 4 V ce (V) 14
1 minuts öving ermisk stabilitet En biolär transistor biaseras med E =0.7V vid =300K Ökar/Minskar strömmen om ökar till 340K? ea n W 2 n i ex( E ) A Varför kan det leda till att transistorn går sönder? P E 15
Early-effekten basviddsmodulation Emitter as Kollektor DE E =5V =20 V W,eff P A D 1 W, eff e E E = 0.7 V E 1 2 16 E
Early-effekten basviddsmodulation E ( 1 ) 0 A E - A 1 2 A - Earlysänningen Karakteriseras med A : Earlysänning Stor A låg utgångskonduktans (bra!) A W A Högt och högt A är svårt! jock bas! Hög basdoning! h FE nw W unn bas! Låg basdoning! Hög Emitterdoning! E E DE A 17
Oerationsmoder nverterad ottnad + E - + - Stryt + E - + - ormal, Aktiv Mod stor liten c beror å E + E - + - 0 0 A Hålkoncentration + E - + - Elektronkoncentration 2014-04-08 Föreläsning 8, Komonentfysik 2013 18
iolär transistor: bottnad 0.1 Kollektorström (A) 0.08 0.06 0.04 0.02 0 Stryt 0 1 2 3 4 V ce (V) E > 0.2V = 3 ma =2 ma = 1mA 0mA E > 0.6V 2014-04-08 Föreläsning 8, Komonentfysik 2013 19
n biolär transistor, geometri Emitter as Kollektor Aktivt Mod: E P AE D P A E < 0 > 0 E < 0 E flyter in i emittern flyter ut ur kollektorn V E < 0 V > 0 2014-04-08 Föreläsning 8, Komonentfysik 2013 20
Strömmar: n transistor i aktiv mod ea W E n D ea nn W AE 2 i 2 i ex( ex( E E ) ) h FE W W n E AE D n nn W W n nw W E E AE D DE A Alla halvledare har µ n > µ PP har alltid sämre restanda än P! Kisel: n / nn 0.1 2014-04-08 Föreläsning 8, Komonentfysik 2013 21
Sammanfattning, h fe : Strömförstärkning A Accetor doning as (m -3 ) DE Donatordoning emitter (m -3 ) D Donatordoning kollektor (m -3 ) A Earlysänning (V) 2014-04-08 Föreläsning 8, Komonentfysik 2012 22