Feynmann - Feynmann 9

Фиг. 12.12. Распределение потенциала в работающем транзисторе.

Этот контакт мы назовем эмиттером; n -область называется базой, или основанием, к ней подведен слабый отри­цательный потенциал; правая p -область называется коллекто­ром, к ней подведен намного больший отрицательный потенциал. В таких условиях потенциал будет меняться вдоль кристалла так, как показано на фиг. 12.12,б.

Посмотрим сначала, что происходит с положительными носителями, потому что именно их поведение в первую очередь управляет работой p — n — p -транзистора. Раз потенциал эмит­тера более положителен, нежели потенциал базы, то из эмит­тера в базу пойдет ток положительных носителей. Ток этот до­вольно велик, потому что перед нами переход, работающий при «подталкивающем напряжении» (что отвечает правой половине кривой на фиг. 12.10). При таких условиях положительные но­сители, или дырки, будут «эмиттироваться» из p -области в n -область. Может показаться, что этот ток вытечет из n -области через контакт Б. Но здесь-то и таится секрет транзи­стора. Эта n -область делается очень узкой, толщиной обычно в 10 -3 см , а то и уже, намного уже, чем ее поперечные размеры. Следовательно, у дырок, попавших в га-область, имеется очень большой шанс успеть продиффундировать через всю область до следующего перехода, прежде чем они аннигилируют с элект­ронами re-области. А когда они подойдут к правой границе n -области, они обнаружат перед собой крутой спуск с потен­циального холма и сходу ссыплются в правую p -область. Эта сторона кристалла называется коллектором, потому что он собирает дырки после того, как они проскользнут через n -область. В типичном транзисторе почти весь дырочный ток, вы­шедший из эмиттера и попавший на базу, собирается в области коллектора, и только жалкие остатки (доли процента) вклю­чаются в суммарный ток с электрода базы. Сумма токов из базы и коллектора, естественно, равна току через эмиттер.

Теперь представим себе, что получится, если мы будем слегка менять потенциал V бконтакта. Поскольку мы находимся на сравнительно крутой части кривой фиг. 12.10, легкие изменения потенциала V бдовольно значительно отразятся на токе эмиттера I Э. А напряжение на коллекторе V Kнамного более отрицательно, чем напряжение на электроде базы, и эти слабые изменения потенциала не скажутся заметно на крутом потенциальном холме между базой и коллектором. Большинство положительных носителей, испущенных в n -область, по-прежнему будут попадать в коллектор. Итак, изме­нениям потенциала электрода базы будут отвечать изме­нения тока через коллектор I K. Существенно, однако, что ток через базу I Бвсе время будет составлять лишь небольшую часть тока через коллектор. Транзистор — это усилитель; не­большой ток I б, проходящий через электрод базы, приведет к сильному току (раз в 100 сильней, а то и больше) через коллек­торный электрод.

А как же обстоит дело с электронами — с отрицательными носителями, которыми мы до сих пор пренебрегали? Заметьте, во-первых, что между базой и коллектором мы не ожидаем сколько-нибудь заметного тока электронов. При столь большом отрицательном напряжении на коллекторе электронам из базы пришлось бы карабкаться на очень высокий потенциальный холм, и вероятность этого очень мала. Ток электронов на кол­лектор очень слаб.

Но, с другой стороны, электроны с базы могут переходить в область эмиттера. Можно ожидать, что электронный ток в этом направлении будет сравним с дырочным током от эмиттера к базе. Такой электронный ток пользы не приносит, даже на­оборот, потому что он увеличивает полный ток через базу, нужный для того, чтобы ток дырок к коллектору имел данную величину. Поэтому транзистор устраивается так, чтобы ток электронов к эмиттеру свести до самой малости. Электронный ток пропорционален N n (базы)—плотности отрицательных носи­телей в веществе базы, тогда как дырочный ток от эмиттера зависит от N p (эмиттера)—плотности положительных носителей в области эмиттера. Сравнительно небольшим добавлением примеси в материал n - типа N n (базы) может быть сделано много меньше, чем N p (эмиттера). (Кроме того, сильно помогает очень малая толщина базы, потому что выметание дырок из этой области в коллектор заметно увеличивает средний дырочный ток от эмиттера к базе, не затрагивая электронного тока.) В итоге ток электронов через переход эмиттер — база может быть сделан много слабее тока дырок, так что электроны в ра­боте p — n — p -транзистора заметной роли не играют. Токи в основном определяются движением дырок, и транзистор иг­рает роль усилителя.