174979. lajstromszámú szabadalom • Félvezető eszköz
7 174979 8 A fent leírt 1. ábra szerkezete nagy értéket és alacsony zajértéket biztosít. Ezen eredmények magyarázataként megjegyezzük, hogy a földelt emitteres áramerősítési tényező hpE egyike a tranzisztor fontos paramétereinek. Ezt szokásosan az alábbi egyenlettel 5 adják meg: hFE=-^ (1) ahol a, a földelt bázisú áramerősítés. Az a áramerősí- 10 tés megadható mint: a = a*'B*7 (2) ahol a* a kollektor multiplikációs viszony, B a bázis továbbítási tényező és y az emitter hatékonyság. Valamely NPN tranzisztorban például az emitter hatékonyságot, mint: _ Jn = 1____ (3) 7 Jn+Jp 1+Jp/Jn 15 20 adhatjuk meg és itt Jn azon elektronokból származó elektron áramsűrűség, amelyek az emitterbázis rétegen az emitterből a bázis irányában injektáltak keresztül, Jp azon lyukak áramsűrűsége, amelyek ugyanezen rétegen injektáltak keresztül a bázisból az emitter irányába. A Jn elektron áramsűrűség megadható mint: Dn*q*np LaqV Jn — Ln Dp*q*Pn La. kT qV-1) jp-Lp kT-1) (4) (5) ahol Ln az elektronok diffúziós hossza a P típusú bázisban, Lp a lyukak diffúziós hossza az N típusú emitterben, Dn az elektron diffúziós állandó, Dp a lyuk diffúziós állandó, np a kisebbségi töltéshordozó koncentráció a P típusú bázisban egyensúlyi állapot esetén, Pn a kisebbségi lyuk töltéshordozó koncentráció az N típusú emitterben egyensúlyi állapotban, V az emitter-bázis rétegre alkalmazott feszültség, T a hőmérséklet, q az elektron töltése és k a Boltzmann féle állandó. A 6 értékét, mint Jp és Jn viszonyát megadva, belátható, hogy x _ Jp _ Ln Dp Pn Jn Lp Dn Np (6) ezen kívül megadható mint: W Dp Na Lp Dn Nd (7) 25 30 35 40 45 50 a ------= -rr^ viszonyt helyettesítve, 55 np Nd itt Na a bázis tartomány szennyezettségi koncentrációja, ND az emitter tartomány szennyezettségi koncentrációja és W a bázis szélesség, ami az Ln elektron diffúziós hosszát korlátozza a bázis tartományban. 60 A hordozók diffúziós állandói, Dn és Dp a hordozók mozgékonyságának és a hőmérsékletnek függvényei és gyakorlatilag állandónak tekinthetők. Jp csökkenése y értékét közel egységnyivé teszi a (3) egyenlet szerint, az o értékét naggyá a (2) egyen- 65 4 let szerint és hpE értékét naggyá az (1) egyenlet szerint. Az alacsony zaj karakterisztikát az alábbiak szerint magyarázhatjuk. A rácshibák és zárványok nagymértékben csökkennek, mivel az emitter-bázis 13 átmenetet a gyengén szennyezett emitter és az ugyancsak gyengén szennyezett bázis rétegek alakítják ki. A gyengén szennyezett emitter rétegben a szennyeződés koncentráció korlátozott kell legyen a zajjeílemzők figyelembevétele, a rp élettartam és az Lp diffúziós hossz értéke miatt kisebb a körülbelül 1018 cm'3 értéknél. További, alacsony zajszintet okozó tényező az, hogy az emitter áram majdnem függőleges irányban folyik keresztül a gyengén szennyezett emitter, és a gyengén szennyezett bázis rétegeken. Az 1. ábra eszközének nagy földelt emitteres áramerősítési tényezőjét láthatjuk a 7. ábrán, amit a két, 104 és 105 mérési eredmény vonal mutat. A görbék két különböző tranzisztorral felvett mérési eredményt adnak és a különbség a kettő között az emitter különböző planáris konfigurációjának eredményeként jött létre. Mindkét görbe igen magas földelt emitteres áramerősítési tényező értéket mutat. A 8. ábrán a zajtényező látható a frekvencia függvényében, az 1. ábrán bemutatott eszköz esetén, amikor a bemeneti impedancia 1000 ohm, a kollektor áram 1 milliamper és a kollektor—emitter feszültség értéke 6 volt, a zajtényezőt 106 vonal jellemzi. A szakmában korábbi módszerekkel elért tipikus zajtényező értékét a legalacsonyabb zajú típusból, 107 görbe mutatja az ábrán. A 9. ábra a 8. ábrához hasonló, ahol az 1. ábra eszközét 108 vonal és a korábbi módszerrel készült eszközét, 109 görbével ábrázolt zajtényező képviseli. A 9. ábra eszközei 30 ohmos bemeneti impedanciára vonatkoznak, a kollektor áram és a kollektor—emitter feszültség ugyanakkora mint a 8. ábrán ismertetettek. A 10. ábra a korábbi módszerekkel készített, és az 1. ábrán ismertetett tranzisztortípus zajtérképe, 110 a hagyományos, és 111 az 1. ábra szerinti tranzisztor zajtérképvonala. Mindkettőt a 3 db-es zajértékre vettük fel. All. ábrán hEE látható a hőmérséklet függvényében. Az ábra magától értendő, 112 vonal a hagyományos, 113 vonal pedig az 1. ábra szerinti eszközre vonatkozik. A 7., 8., 9., 10. és 11. ábrák tanulmányozásából nyilvánvaló, hogy a találmányunk a hagyományos eszközökkel összehasonlítva, kifejezett javulást mutat. Az „alapvetően egyenletes” kifejezés, amikor használjuk, kisebbségi töltéshordozó koncentráció állapotára vonatkozik az aktív emitter tartományban. Ez a koncentrációérték az aktív bázis tartományból az aktív emitter tartományba injektálódott kisebbségi töltéshordozók számából és az emitter tartomány beépített mezeje hatására az emitterben ellentétes irányban mozgó kisebbségi töltéshordozók számából tevődik össze. A 2. ábrán ennek a koncentrációnak az emitterhez tartozó 103 vonalszakasz felel meg, amely általában vízszintes. Megjegyezzük még, hogy a találmány szerinti eszköz működése közben nemcsak lyukáram injektálódik a 200 rétegből az emitterbe, hanem elektroáram is folyik ellenkező irányban. Ez az áram káros hatású,
