Эффект оттеснения эмиттерного тока к краю эмиттерного перехода
В мощных транзисторах возможен еще один эффект, приводящий к снижению критического тока коллектора. Это эффект оттеснения эмиттерного тока к краю эмиттерного перехода. Дело в том, что транзисторы, рассчитанные для работы при больших токах коллектора (а значит, и эмиттера), должны иметь большую площадь эмиттера. Она выбирается из расчета, чтобы максимальная рабочая плотность тока не превышала 100 А/см2. Например, если рабочий ток транзистора составляет 10 А, то площадь эмиттерного перехода должна быть порядка 0,1 см2. Если эмиттер имеет форму круга или квадрата, то его линейные размеры составляют, по порядку величины, 3 мм. При толщине базы ~2 мкм составляющие базового тока, которые поддерживают процесс рекомбинации в центральных частях активной базы, эмиттера и объемного заряда эмиттерного перехода, протекают вдоль (длинного) эмиттерного перехода по малому сечению. Соответствующее сопротивление базы оказывается достаточно большим. Для его уменьшения вывод базы стараются расположить вокруг эмиттера (если он выполнен в виде круга) или по обе стороны (если он выполнен в виде прямоугольника).
Рис. 29. Схема протекания составляющих базового тока, ответственных за эффект оттеснения (а), проявление эффекта Кирка без учета эффекта оттеснения (b), проявление эффекта Кирка с учетом эффекта оттеснения (с)
На рис.29 приведена схема расположения электродов и картина силовых линий составляющих базового тока, ответственных за эффект оттеснения эмиттерного тока. Из-за падения напряжения на сопротивлении растекания базы от протекания указанных составляющих базового тока эмиттерный переход оказывается под разным прямым смещением в центре и на периферии. Причем на периферии это смещение больше. Эта разница в смещениях возрастает с ростом тока коллектора и, следовательно, тока базы. Вследствие перекоса в смещении эмиттерного перехода инжекция дырок из эмиттера также идет неравномерно. Чем ближе к краю эмиттерного перехода, тем инжекция дырок больше. Таким образом, если даже средняя по площади эмиттера плотность тока дырок еще не велика, на краях эмиттерного перехода она может превысить критическую плотность тока и эффект Кирка наступит при значительно меньших токах коллектора, чем если бы эффекта оттеснения тока не было. Влияние эффекта оттеснения эмиттерного тока на эффект Кирка проиллюстрировано на рис.29, b и с.
Рис. 30. Варианты топологии гребенчатой и многоэмиттерной структур транзисторов для подавления эффекта оттеснения эмиттерного тока к краю эмиттерного перехода
Таким образом, эффект оттеснения эмиттерного тока к краю эмиттерного перехода является вредным, приводящим к снижению критического тока коллектора. Для уменьшения эффекта оттеснения используется, во-первых, либо гребенчатая структура электродов эмиттера и базы (рис.30, а), либо многоэмиттерные структуры (рис. 30, b).
Во-вторых, можно бороться с этим эффектом, увеличивая уровень легирования базы. Оба этих приема способствуют значительному снижению сопротивления растекания базы и, следовательно, снижению перекоса в смещении эмиттерного перехода.