Эмиттер — электрод транзистора¶
Эмиттер — это один из трёх основных электродов биполярного транзистора (наряду с базой и коллектором), служащий для инжекции неосновных носителей заряда в базу. Термин происходит от англ. emitter — «источник, излучатель». В более широком смысле эмиттером называют любой элемент или устройство, испускающее частицы или кванты энергии: электронный эмиттер в электровакуумных приборах, светоизлучающий диод (световой эмиттер), эмиттер акустических волн и т. д.
¶Эмиттер в биполярном транзисторе
¶Устройство и принцип работы
Биполярный транзистор состоит из трёх чередующихся полупроводниковых областей с разным типом примесной проводимости. В транзисторе структуры NPN эмиттер имеет тип проводимости N, база — P, коллектор — N. В структуре PNP порядок обратный: эмиттер — P, база — N, коллектор — P.
Основная функция эмиттера — впрыскивать (инжектировать) в базу основные носители заряда своего типа. При прямом смещении эмиттерного перехода (база-эмиттер) электроны из области N эмиттера переходят в базу, где становятся неосновными носителями. Концентрация примесей в эмиттере обычно на порядок выше, чем в базе, что обеспечивает высокий коэффициент инжекции — отношение тока носителей, инжектированных из эмиттера, к току носителей, движущихся в обратную сторону (от базы к эмиттеру).
Для повышения эффективности инжекции в мощных и высокочастотных транзисторах применяют эпитаксиальные эмиттеры — многослойные структуры с переменной шириной запрещённой зоны, а также диффузионные эмиттеры с градуированным распределением примесей.
¶Основные параметры
| Параметр | Обозначение | Описание |
|---|---|---|
| Прямое напряжение перехода | Uбэ (нас) | Напряжение на переходе база-эмиттер при протекании прямого тока; для кремниевых транзисторов обычно 0,6–0,7 В |
| Обратный пробой | Uбэ(обр) | Напряжение обратного пробоя перехода база-эмиттер; для большинства транзисторов невелико (5–10 В), поскольку база легирована слабее эмиттера |
| Ток эмиттера | Iэ | Суммарный ток, вытекающий из эмиттера; равен сумме токов базы и коллектора: Iэ = Iб + Iк |
| Коэффициент передачи тока базы | h21э (β) | Отношение тока коллектора к току базы; типичные значения от 20 до 500 |
| Эмиттерная эффективность | γ | Отношение тока инжекции из эмиттера к полному току перехода; стремится к единице |
¶Материалы и конструкция
В кремниевых транзисторах эмиттер обычно легируется фосфором (тип N) или бором (тип P) до концентрации 10¹⁹–10²⁰ см⁻³. В германиевых приборах эмиттер легируется мышьяком или индием. В силовых транзисторах эмиттер часто выполняют в виде системы параллельных полосок (эмиттерные пальцы), чтобы устранить неравномерность распределения тока по площади перехода — эффект сужения канала (crowding effect).
¶Эмиттер в электровакуумных приборах
В электронных лампах, фотоэлектронных умножителях и электронно-лучевых трубках эмиттер — это источник электронов, обычно выполненный в виде накала или фотокатода. Термоэмиттерный эмиттер работает по закону Ричардсона — Дushmana: плотность тока эмиссии пропорциональна T²·exp(−Wа/kT), где T — абсолютная температура, Wа — работа выхода, k — постоянная Больцмана. В качестве материала накала применяют вольфрам, торированный вольфрам, оксидные катоды (оксид бария и стронция).
Фотоэмиттер (фотокатод) испускает электроны под действием света. Эффективность характеризуется квантовым выходом — отношением числа испущенных электронов к числу падающих фотонов.
¶Световой эмиттер
В полупроводниковых светоизлучающих диодах (светодиодах) излучение возникает при рекомбинации носителей заряда в области p-n-перехода. Светодиод относят к классу инжекционных световых эмиттеров, поскольку излучение обеспечивается инжекцией носителей через переход. Спектр излучения определяется шириной запрещённой зоны материала: AlGaInP-структуры дают красное и жёлтое излучение, InGaN — зелёное и синее, AlGaAs — инфракрасное.
¶Применение
Эмиттерные структуры находят применение в широком спектре устройств:
- Электроника: дискретные биполярные транзисторы (BD139, 2N3055, КТ815), интегральные схемы на биполярной технологии (TTL, BiCMOS);
- Силовая электроника: IGBT-транзисторы, где эмиттер транзисторной структуры объединён с эмиттером биполярной части;
- Излучающие приборы: светодиоды, полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры;
- Детекторы излучения: фотоэлектронные умножители, сцинтилляционные счётчики, приборы ночного видения (микроканальные пластинки с электронными эмиттерами);
- Микроволновая техника: ганновские диоды, в которых туннельный эмиттер формирует область отрицательного дифференциального сопротивления.
¶См. также
- Биполярный транзистор
- Полевой транзистор
- p-n-переход
- Термоэмиссия
- Светодиод
¶Источники
- Толстой В. А. «Основы электроники». Учебное пособие.
- Гуревич С. М. «Электронные и ионные приборы». Учебник для вузов.
- Шевченко В. Г. «Полупроводниковая электроника». Учебное пособие.
- Справочник по радиоэлектронным компонентам. Под ред. Д. А. Гладкова.
- Даташиты транзисторов 2N3055, КТ815, BD139.