OY/PJKOMP R5 7 Puolijohdekooettie erusteet 57A Ratkaisut 5, Kevät 7. (a) deaalise oraalioodi -trasistori kollektorivirta o,6 L -9 D Ł L - C 3,6 5-6,9...A» 8, A L 6-4 s - Ø qu Œex º Ł k T deaalise oraalioodi -trasistori virtavahvistus o ø -œ ß Ł L 6-3 ( ) Ø,6 ev ø ex - (,) -3 Œ º Ł,59 ev œ ß b C,» L L D D Ł L tah Ł L Ł L tah Ł L (, ) (,5) 99,833...». tah (b) deaalisessa yhteiseitterikytketyssä -trasistorissa kollektorivirta o riiuato jäitteestä UC (U+UC), jolloi yös virtavahvistus βc/ o kytkeä lähtöjäitteestä vout riiuato vakio. Todellise trasistori C (käytetää yt erkitää ) ei kuitekaa ole riiuato UC:sta tai UC:sta. Ku kollektori ja kaa välise estosuutaise liitokse jäitettä UC kasvatetaa, ii liitokse tyhjeysalue leviää kaueaksi kaa alueelle ja kaa eutraali alue kaeee. Tää vuoksi eitteriltä tulevat varauksekuljettajat ääsevät heloi kata-aluee yli eli kaalla taahtuu väheä rekobiaatiota. Koska kollektorivirta o verraollie varauksekuljettajarofiilii, joka jyrkkeee kaa lyhetyessä, kollektorivirta kasvaa jäittee UC kasvaessa (yös UC kasvaa UC: kasvaessa). Tätä iliötä, jossa kollektorivirta kasvaa eutraali kata-aluee kavetuessa (eli jäittee UC kasvaessa), kutsutaa arly-efektiksi. Tyyillie yhteiseitterikytkety trasistori kollektorivirta jäittee UC fuktioa o esitetty Kuvassa eri katavirroilla. Kuva a esittää ideaalitaausta ja Kuvassa b arly-efekti o otettu huoioo. rityisesti lähellä läilyötijäitettä (. 9 V Kuvassa b) kollektorivirta kasvaa selvästi.
OY/PJKOMP R5 7 4 5 3 4 C (A) μa 7,5 μa 5 μa,5 μa C (A) 3 (a) 4 6 8 U C (V) 4 6 8 U C (V) Kuva. rää yhteiseitterikytkety oraalioodise -trasistori tyyillie kollektorivirra C käyttäytyie jäittee UC fuktioa eri katavirra arvoilla (a) ideaalitaauksessa ja (b) huoioitaessa arly-efekti. Kuvasta o selvyyde vuoksi jätetty ois virra lasku lähellä origoa. arly-efekti voiakkuutta voidaa kuvat arly-jäittee VA avulla. Jäittee arvo saadaa ekstraoloialla C: kuvaajat lieaarisesti egatiivise jäiteakseli suutaa (luetooistee kuva.7b ja Kuva alla). Huoliatta käytety : arvosta eri C: ekstraoloidut suorat leikkaavat saassa isteessä, joka arvo o VA. (b) C C, (, ) C, Dy Kuva. Periaatekuva tehtävä -trasistori ideaalisesta ja todellisesta arly-efekti aiheuttaasta kollektorivirrasta. Tehtävässä oletetaa, että todellisesta kollektorivirrasta ekstraoloitu suora leikkaa y-akselia isteessä (,). kstraoloitia kuvaava suora (UC) lauseke saadaa uodostettua suora isteide ( VA,) ja (, ) avulla y - y (-V,) A Dx Dy - ( + V x - x) - Dx - (-V A) V C V V C ( U C - ) U C A U C + Ł VA
OY/PJKOMP R5 7 Koska riiuu yt jäitteestä U ii yös virtavahvistus β o siitä riiuvaie: U C + Ł VA U C b b +. Ł VA Tuloksesksi saadaa, että arly-efekti vaikuttaessa todellie virtavahvistus saadaa ideaalisesta kertoalla se tekijällä (UC/VA ). Tehtävä arvoilla todellie vahvistus kohdassa UC V o site b b U Ł V C A V + +» 7 Ł 8 V 3
OY/PJKOMP R5 7 Puolijohdekooettie erusteet 57A Ratkaisut 5, Kevät 7. Suuitteleasi -tyyise GaAs-trasistori eriaatekuva o esitetty Kuvassa 3, ku UC V (vas.) ja UCUax3 V (oik.). Tehtävässä oletetaa, että kaa douaus o kokoaja selvästi ieei kui kollektori douaus (<<C), jolloi kata-kollektori tyhjeysalue C o kokoaa kaa uolella. Kaa douaus o tarkoitus siis itoittaa site, että uch through läilyöti taahtuu jäitteellä Uax. Koska kata-eitteri liitos o oraalioodissa aia äästösuutaa biasoitu, vastaava tyhjeysalue o kaea ja voidaa jättää huoioiatta (toisaalta aetuilla tiedoilla sitä ei ysty laskeaakaa). l l C ax C C äästöjäite - + estojäite - + äästöjäite - + estojäite - + U C V U C 3 V Kuva 3. GaAs-ohjaie -trasistori, ku UC V ja UCUax3 V. Ku uch through läilyöti taahtuu jäitteellä Uax, koko kaa alue l o tyhjeysaluee eitossa eli l» + ax» ax e ( U C -U ax q ) Ł C +» eu C, ax q eu ax ql 3, 8,854-9,6 C - F/ 3 V -7 ( 9 ) 5,363-3» 5,4-3 Kaa douaukse itää siis olla vähitää 5,4-3, jotta uch through läilyöti taahtuu vasta jäitteellä UC3 V. 4
OY/PJKOMP R5 7 Puolijohdekooettie erusteet 57A Ratkaisut 5, Kevät 7 3. (a) Saie edellisessä tehtävässä vastaukseksi, että kaa douaus itää kasvattaa arvosta 5 c -3 arvoo 5,4 6 c -3 halutu läilyötikestävyyde saavuttaiseksi. Vaikka kaa suurei douaus arataa läilyötikestävyyttä, ii saalla se heiketää trasistori ijektiotehokkuutta. Yksi taa ijektiotehokkuude saaaikaiselle säilyttäiselle o käyttää heteroliitosbiolaaritrasistoria (HT), joka eitterillä käytetää GaAs: sijaa korkeaa eergiarao AlxGa-xAs yhdisteuolijohdetta (Kuva 4). Al xga- xas GaAs GaAs C Kuva 4. GaAs-ohjaise heteroliitosbiolaaritrasistori eriaatekuva. Yleisesti -trasistori ijektiotehokkuus o i D i a g» -» - - -, DL i i d jossa i ja i ovat eitteri- ja kollektoriateriaalie itrisiset kosetraatiot. Alkueräise GaAs-trasistori eitteri ja kollektori ovat saaa ateriaalia, jote ii ja ijektiotehokkuus o site i a a g - -. i d d HT: eitteri ja kaa itrisiset kosetraatiot eroavat toisistaa erisuurte eergiarakoje vuoksi, jote se ijektiotehokkuus o - g a HT ex, ia, HT kt g HT - -. id, HT - g d, HT ex k T Trasistoreide ijektiotehokkuuksie iti säilyä saaa, jote erkitää e yhtäsuuriksi ja ratkaistaa tarvittava eitteri eergiarako g (eitteri douaus o oleissa trasistoreissa saa) 5
OY/PJKOMP R5 7 g JT g HT - a d - a, HT d, HT ex ex - k - k g T g T g g - k T l Ł a a, HT 5,44 ev -,59 ev l 6 Ł 5,4,57... ev»,53 ev. (b) Tarvittavaa aluiiiseostusta voidaa arvioida kaavalla g(x),44+,49x,4x, kute tehtii Materiaalifysiika erusteet -kurssilla. ( ),44,49,4 g x + x - x»,57 -,4x +,49x -,3 (,49) - 4 (-,4)( -,3) (-,4) -,49 x,34...,75... Koska aluiiiseostus o välillä %, vai toie ratkaisuista o ahdollie ja eergiarakoa,53 ev vastaava uolijohde o site Al,7Ga,93As. 6