2.9. Биполярные транзисторы с гетеропереходами
Если заменить эмиттерный переход биполярного транзистора на гетеропереход, то можно обеспечить одностороннюю инжекцию из эмиттера в базу, а следовательно и высокую эффективность эмиттера при низкой легирующей концентрации эмиттера и высокой концентрации легирующей примеси в базе. Это позволяет уменьшить ширину базы и устранить влияние эффекта Эрле на выходные характеристики.
Наибольшее распространение получили биполярные СВЧ-транзисторы с эмиттерным гетеропереходом на основе арсенида галлия (ГБТ на GaAs). В англоязычной литературе НВТ.
Структура биполярного транзистора с эмиттерным гетеропереходом на основе GaAsпоказана на рис. 2.29.
Рис. 2.29
ГБТ на GaAsn-p-n-типа изготавливаются на полуизолирующей подложкеGaAsс удельным сопротивлением 107Ом∙см. Концентрация доноров в коллекторе 3∙1016См-3. В качестве базы используется сильнолегированный слой р+-GaAsс концентрацией примесей (бериллий или углерод) 1019см-3. В качестве эмиттера используется слаболегированный слойAlGaAsn-типа, образующий гетеропереход с полупроводником базы. Ширина запрещенной зоны вAlGaAsбольше, чем в базеGaAsна величину 0,37 эВ. При испоьзованииAl0,31Ga0,7Asразрыв зоны проводимости составляет 0,24 эВ, разрыв валентной зоны 0,13 эВ. Это обеспечивает одностороннюю инжекцию электронов из эмиттера в базу.
Высоколегированная база и низколегированный эмиттер позволяют получить малое сопротивление базы и малое значение емкости эмиттерного перехода. Низколегированный коллектор уменьшает емкость коллекторного перехода. Это улучшает частотные свойства транзистора.
В транзисторах вместо GaAsмогут использоваться другие полупроводниковые соединения А3В5. Для базовой и коллекторной областей применяются тройные соединенияInGaAs, для эмиттерной и коллекторной областей фосфид индияInP. Переход база-коллектор может реализовываться в виде гетероперехода. Биполярные транзисторы с двумя гетеропереходами обозначают ДГБТ (ДНВТ).
Применяются гетероструктуры InAlAs–InGaAs–InиInP–InGaAs–InP. Толщина базы, получаемой молекулярной эпитаксией, составляет 25 нм при уровне легирования 1020см-3.Также транзисторы имеют граничную частоту до 250 ГГц.
3. Усилители на транзисторах
3.1. Классификация Режимы работы
Усилителями называются устройства, в которых маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности от источника питания в нагрузку.
Различают усилители больших и малых сигналов. В усилителях больших сигналов амплитуды напряжения и тока сравнимы с напряжением и током источника питания. В усилителях малых сигналов амплитуды напряжения и токов много меньше напряжения и тока питания.
Усилителем мощности называется усилитель у которого мощность выходного сигнала соизмерима с мощностью потребляемой от источника питания.
Различают следующие режимы работы усилительных каскадов.
Режим А (рис. 3.1). В этом режиме ток в выходной цепи течет весь период сигнала. Режим А применяется в однотактных и двутактных каскадах, позволяет получать малые нелинейные искажения при усилении сигналов любой формы. Недостаток - малый коэффициент полезного действия (К.П.Д.).
Режим В (рис. 3.2). В таком режиме ток в выходной цепи протекает в течении половины периода сигнала. Вследствие малого среднего тока и тока покоя имеет более высокий К.П.Д. Применяется для усиления гармонических сигналов в двухтактных схемах и для усиления сигналов одной полярности в одноактных схемах. Имеет большие нелинейные искажения. Широко используется в усилителях мощности.
Режим С (рис. 3.3). Точка покоя располагается на оси входных напряжений левее пересечения линейного участка проходной характеристики с горизонтальной осью. Применяется для усиления импульсных сигналов одной полярности и прямоугольной формы, а так же в резонансных усилителях мощности. Имеет К.П.Д. до 80% выше чем у режима В.
Режим Д- ключевой режим. Усилительный каскад находится только в двух состояниях: в полностью открытом и полностью закрытом.