Analiza și modelare tranzistoarelor bipolare și circuitelor în baza lor

Tranzistorul KT602 reprezintă un tranzistor din siliciu (Si) de tip n-p-n. Realizarea tranzistorului necesită un proces tehnologic special, numit planar.

Această tehnologie este specifică siliciului constând în efectuarea impurificărilor controlate numai pe o singură faţă a plachetelor semiconductoare folosind tehnica litografică şi ecranarea cu ajutorul straturilor protectoare şi în special a Si02. Tehnologia planară se caracterizează prin flexibilitate: posibilitatea de a realiza diferite forme ale emitorului şi de a modifica uşor concentraţia de impurităţi din joncţiuni, permite realizarea tranzistoarelor de semnal şi a celor de putere.

Din punct de vedere constructiv dispozitivele planare sunt caracterizate cua-ceea că toate straturile sunt realizate pe una şi aceeaşi parte a plachetei, deaceea şi electrozii sunt plasaţi pe aceeaşi parte.Masca în formă de oxid de siliciu SiO, o primim prin metoda oxidăriitermice a suprafeţelor de siliciu, care posedă următoarele proprietăţi:

1.Masca de oxid este legată organic cu suprafaţa plachetei, având uncontact trainic cu ea, ceea ce exclude pătrunderea difuzorului în loculdintre mască şi suprafaţă.

2.Grosimea măştii de oxid (aproximativ un micron) este destul pentrua-părarea părţilor respective a plachetei împotriva atomilor ce difuzează.

3.Stratul d oxid în acelaşi timp cu funcţia de mascare îndeplineşte şi funcţi-ade apărare (înseamnă şi a p-n joncţiunii, care iese la suprafaţă) de lainflui-enţa

diferitor factori externi. În cazul, tehnologiilor de aliere şi mesa pentru asta este nevoie de a folosi metode speciale de protecţie.

În continuare vom prezenta ciclul de fabricare a tranzistorului prin metoda

planară. Se ia o plachetă din Si tip-n, care în structura rezultantă joacărolul de

colector. Pe această plachetă peste prima mască de oxid se efectuiază difuzia

acceptorului (de obicei bor) şi se primeşte stratul p al bazei. Apoi peste adoua mască se face difuzia donorilor (de obicei fosfor) astfel primim stratulemitorului. În sfârşit cu ajutorul celei de-a treia măşti de oxid se conecteazăcontactele omice din aluminiu la toate cele trei straturi şi în continuar esuntlipite la aceste contacte sârmuliţe subţiri

care joacă rolul de picioruşe aletranzistorului.În varianta considerată placheta es-te aleasă cu o rezistenţă destul de mare, pentru a asigura o tensiune de străpungerea a joncţiunii colectorului necesară. Structura unui tranzistor obţinut prin metoda planară este arătată în fig.1.1.

Fig.1.1 Structura tranzistorului bipolar obţinut prin metoda planară

Principala caracteristică a metodei planare este universalitatea, ce permite pe unele şi aceleaşi dispozitive de fabricat tranzistoare cu diferiţi parametri.

2. Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar

Tranzistorul bipolar este o structură de trei zone semiconductoare extrinseci (pnp sau npn) realizată într-un cristal semiconductor. Ea este prezentată sche-matic în fig.2.1a şi ceva mai aproape de structura reală în fig.2.1b. Fiecare zonă are un contact ohmic cu câte un terminal exterior. Cele trei terminale se numesc emitor - E,

bază - B şi colector - C. Denumirile sugerează funcţia pe care o îndeplineşte fiecare dintre cele trei zone: emitorul este furnizorul principal de sarcini electrice, colectorul colectează sarcinile electrice iar baza poate controla cantitatea de sarcină care ajunge

la colector. După acelaşi criteriu, cele două joncţiuni se numesc emitoare, respec-tive colectoare.

Fig.2.1 Structura tranzistorului bipolar

O astfel de structură se numeşte bipolară deoarece la conducţia electrică par-ticipă sarcini electrice de ambele polarităţi, goluri şi electroni, cu contribuţii difer-ite la curent în funcţie de tipul de tranzistor. În funcţie de ordinea zonelor, tranzis-torii

bipolari pot fi de tip pnp sau npn. Simbolurile lor sunt prezentate în fig.2.2.

Fig.2.2 Simbolurile tranzistorului bipolar

Dacă notăm tensiunea şi curentul electrodului de intare al tranzistorului prin U1 şi I1 , iar tensiunea şi curentul celui de ieşire - prin U2 şi I2 ,apoi dependenţa reciprocă între aceste patru mărimi se poate exprima prin 24 familii de caracteristici ce se referă la 6 configuraţii:

1) U1 = f1 (I1,I2) , 3) U1 = f1 (I1,U2), 5) I1 = f1 (I2,U2),

U2 = f2 (I1,I2); I2 = f2 (I1,U2); U1 = f2 (I2,U2);

2)I1 = f1 (U1,U2), 4) I1 = f1 (U1,I2), 6) I2 = f1 (U1,I1),

I2 = f2 (U1,U2); U2 = f2 (U1,I2); U2 = f2 (U1,I1).

Din toate cele patru familii de caracteristici statice a fiecărei configuraţii, care

leagă reciproc patru mărimi I1,I2,U1 şi U2 , două familii sunt de bază,iar celelalte sunt auxiliare.În calitate de bază e comod a selecta familiile de caracteristici, ce leagă

tensiunea şi curentul la intrare - caracteristici de intrare - şi tensiunea şi curentul la ieşire - caracteristici de ieşire. Familiile de caracteristici ce leagă curenţii şi

tensiunea la ieşire cu curenţii şi tensiunea la intrare se numesc caracteristici de transfer, iar familiile,care leagă curenţii şi tensiunea la intrare cu curenţii şi

tensiunea la ieşire - caracteristici ale reacţiei inverse.

Din cele 6 configuraţii ale caracteristilor statice mai comode sunt primele 3, dar mai utilă se consideră sistemul: