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Transistor - Fondamenti fisici Appunti scolastici Premium

in questo materialedidattico relativo ai fondamenti fisici del transistor vengono trattati i seguenti argomenti. Transistor prototipo. Funzionamento in zona attiva diretta. Componenti della corrente tra E e B in zona attiva. Transistor per circuiti integrati. Effetti del secondo ordine. Effetto Early (effetto di variazione della polarizzazione... Vedi di più

Esame di Dispositivi elettronici a semiconduttore docente Prof. F. Della Corte

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ESTRATTO DOCUMENTO

Effetti del secondo ordine

• effetto Early

• effetti per deboli polarizzazioni di emettitore

• effetti ad elevate polarizzazioni:

• resistenza distribuita di base

• effetti nella giunzione B-C (effetto Kirk)

• effetti nella giunzione B-E

Effetto Early (effetto di variazione della polarizzazione del collettore)

• modulazione della larghezza di base a causa di variazioni della polarizzazione B-C

    

V W x

BC C B

~ qV

2

q D n A BE

 n i E

Ic e kT

x B

 pdx x B

0 pdx

 

I I I

p x x

( )

     

C C C

B B 0

I V tensione di Early

C A x

 

x

V V V V

B ( )

p x B

CB CB A A

pdx B 

V

CB

0 x B

Q qA pdx

B E x

0 B

 pdx

dQ dx Q

   

B B

qp ( x ) C 0 B

V

B jC A 

dV

dV C

x jC

CB CB p x

( ) B

B 

V

CB

' 

I I a causa della ricombinazione nella RCS

B 0 B 0

• β diminuisce

F

Effetti nella giunzione B-E

~ qV

2

qA n D BE

 E i n

I e kT Per bassi livelli di iniezione

C x B

 ( )

p x dx

0 

Alti livelli di iniezione in B n confrontabile con N

p a

• β diminuisce

F

x x  

B B

 

 

'

• p ( x ) dx n ( x ) N ( x ) dx

a

0 0

qV BE

I e 2 kT

• C

Effetti nella giunzione B-C (effetto Kirk)

• portatori liberi nella RCS B-C variazioni della carica totale e del campo elettrico nella RCS B-C

 

cost Δcarica spaziale ΔW

• V BC CB

Per una struttura npn su strato epitassiale di tipo p

x

 C 0

x

CB 1 / 2

 

J

 

q C

 

J

 

l 1 / 2

 

 

 

2 V

 S CB i

x  

0

C qN

 

 

epi

J qN v v velocità dei portatori liberi

l epi l l

Per una struttura npn su strato epitassiale di tipo n

- Spostamento del campo elettrico verso lo strato sepolto

• elevata iniezione di e Effetto Kirk nel BJT

Consideriamo un transistor npn. Quando la concentrazione dei portatori (n) a cui

è associata la corrente di collettore diventa confrontabile con la concentrazione

della carica spaziale fissa nella giunzione base-collettore, il campo elettrico

attraverso la giunzione CB risulta modificato.

N(x) N(x)

N N

sub sub

N N

E E

N N

B B

N N

epi epi

x x

E B C E B C

(x) (x)

qN qN

E E

qN qN

epi epi

-x x -x

B x

B

x C x C

qN J

qN

B  C

n

B elettroni q v

E(x) E(x) L

x

C  

  

V V E x dx

CB bi  x B

-x x -x

x x

B C x

B C

livelli di corrente medio-bassi livelli di corrente elevati

Effetto Kirk nel BJT

Consideriamo un transistor npn. Quando la concentrazione dei portatori (n) a cui

è associata la corrente di collettore diventa confrontabile con la concentrazione

della carica spaziale fissa nella giunzione base-collettore, il campo elettrico

attraverso la giunzione CB risulta modificato.

N(x) N(x)

N N

sub sub

N N

E E

N N

B B

N N

epi epi

x x

E B C E B C La densità di carica

(x) (x) negativa a sx aumenta,

quella positiva a dx

qN qN diminuisce, ma

E E l’integrale del campo

qN qN

epi elettrico deve restare

epi

-x x -x inalterato

B x

B

x x

C C

qN qN

B B

E(x) E(x)

x

C  

  

V V E x dx Dunque x e x si spostano

B C

CB bi verso dx, per cui la zona

 x neutra di base si allarga

B

-x x x

-x

x

B C x

C

B

livelli di corrente medio-bassi livelli di corrente elevati

Se la corrente di elettroni cresce ulteriormente, si può avere N =J /qv per cui

epi C L

la carica si annulla nella regione epi del collettore.

N(x) N(x)

N N

sub sub

N N

E E

N N

B B

N N

epi epi

x x

E B C E B C

(x) (x) La neutralità nell’epi

qN qN impone la comparsa di

E E una carica positiva nel

qN

epi sub-collettore.

-x x -x

B x

B

x x

C C

J

qN   qN

C

n N

B elettroni B

epi

q v

E(x) L E(x) L’integrale del campo

elettrico deve restare

ancora inalterato

-x x x -x

B C x x

B C

x

C  

  

V V E x dx

CB bi  x B

livelli di corrente elevati livelli di corrente molto elevati

Infine, se N < J /qv , la carica nella regione epi si inverte nel segno.

epi C L

N(x) N(x)

N N

sub sub

N N

E E

N N

B B

N N

epi epi

x x

E B C E B C

(x) (x)

qN qN

E E

-x x -x x

B B

x x

C C

qN qN

B B

E(x) E(x) L’integrale del campo

elettrico deve restare

ancora inalterato

-x x -x

x x

B x

C B C

livelli di corrente molto elevati livelli di corrente elevatissimi

Si può quantificare l’allungamento della regione neutra di base:

assumiamo che la giunzione BC sia brusca, ma con drogaggi

confrontabili; in questo caso, a basse correnti (ovvero con carica

associata agli elettroni trascurabile rispetto alla carica spaziale fissa)

si ha:  

 

2 V V

 Si CB bi

x CB  

N N

 

epi B

q  

N N

 

epi B

Se la carica degli elettroni (che sostengono la corrente di collettore) diviene

confrontabile con la carica fissa nella r.c.s. di base, allora nel bilancio di carica

occorre considerare gli elettroni e la relazione si trasforma in:

     

  

  

2 2 2

V V V V V V

   

Si CB bi Si CB bi

Si CB bi

x    

CB  

  N qv N J N qv N J

J

 

 epi L B C epi L B C

N N C q q

 

epi B    

qv qv N qv N J J qv N J

 

L L epi L B C 1 L B C

q J

 

N N C

epi B qv L

    

 

 

V V V V

2 2 J 

  

Si CB bi Si CB bi 1 1 

N 

qN qv N J 

epi

q epi L B C

J  1

1 

qv N J

L B C 

J qN v

J

avendo indicato con la corrente per la quale C B L

1

ovvero per la quale la densità di elettroni eguaglia quella della carica fissa.

x

J crescente, la si riduce progressivamente, e dunque la regione neutra di

Per c CB

base si allunga.

n.b. in realtà lo svuotamento nella regione epi sta aumentando, ma noi l’abbiamo ignorato bloccando N

epi

Tempo di transito in base

• tempo richiesto per il trasporto dei portatori minoritari mediante diffusione nella regione di base

Limitazioni temporali in regime di commutazione

Q x B

   '

nB Q qA n ( x ) dx Carica iniettata in base

nB E

B I 0

C

x x

B B

  '

pdx n dx

  0 0 Per un generico profilo di drogaggio

~

B 2

D n exp( qV / kT )

n i BE 2

x

  B

~

Per un transistor prototipo: B 2 D

n


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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

in questo materialedidattico relativo ai fondamenti fisici del transistor vengono trattati i seguenti argomenti. Transistor prototipo. Funzionamento in zona attiva diretta. Componenti della corrente tra E e B in zona attiva. Transistor per circuiti integrati. Effetti del secondo ordine. Effetto Early (effetto di variazione della polarizzazione del collettore). Effetti nella giunzione B-E. Effetti nella giunzione B-C (effetto Kirk). Tempo di transito in base. Modello del transistor per simulazioni numeriche. Modello di Ebers-Moll. Modello di Gummel-Poon. Tecnologia BiCMOS.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria elettronica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Dispositivi elettronici a semiconduttore e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Della Corte Francesco Giuseppe.

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