4.13.    Пробой транзисторов

На процессы в транзисторе существенное влияние оказывает напряжение на коллекторе. Такое влияние обусловлено следующим. При изменении напряжения изменяется толщина области объем­ного заряда коллекторного перехода и соответственно толщина базы, а при достаточно больших коллекторных напряжениях начинает сказываться лавинное размножение.

С повышением напряжения на коллекторе толщина базы ста­новится меньше, что приводит к увеличению градиента концент­рации носителей заряда в базе, к уменьшению времени, в течение которого носители находятся в базе и, следовательно, к уменьшению роли рекомбинации в базе. Это ведет к росту коэффициен­тов передачи  и .

Смыкание переходов

При достаточно больших напряжениях на коллекторном переходе область объемного заряда коллектор­ного перехода может достигнуть эмиттерного перехода – произойдет так называемое смыкание переходов. При этом по­тенциальный барьер эмиттерного перехода понижается, резко возрастает ток эмиттера, а значит, и ток коллектора. Таким образом, смы­кание переходов является одной из причин, ограничивающих напряже­ние коллектора.

Лавинный пробой транзистора в схеме с ОБ

Второй при­чиной, ограничивающей напряжение коллектора, является лавинное раз­множение. При этом существенную роль играет режим цепи базы. Если ток в цепи базы не ограничен, что наблюдается, например, в схеме с общей базой, то пробой транзисто­ров не отличается от пробоя полу­проводникового диода. В этом слу­чае в коллекторном переходе прои­зойдет лавинный пробой при про­бивном напряжении .

Лавинный пробой коллекторного перехода представляет собой обра­тимый процесс, если ограничить возрастающий при пробое ток. С увеличением тока коллектора при лавинном размножении лавинный пробой может перейти в тепловой пробой с появлением отрицательного дифференциаль­ного сопротивления на выходе транзистора. Этот переход к теп­ловому пробою наиболее вероятен в транзисторах, изготовлен­ных из германия (материала с малой шириной запрещенной зоны).

Пробой транзистора в схеме с ОЭ

Если ток базы зафиксирован (напри­мер, при разомкнутой цепи базы или при включении в нее доста­точно большого сопротивления), то в транзисторе начинает проявляться обратная связь. Образующиеся при лавинном раз­множении пары носителей заряда разделяются электрическим полем коллекторного перехода: неосновные для базы носители уходят в коллектор, а основные – в базу. Таким образом, в базе создается избыточный заряд основных носителей и соответственно изменяется ее потенциал. Получающееся при этом напряжение открывает эмиттерный переход и увеличивает ток эмиттера.

Если вывод базы отключен от схемы, т.е. ток базы равен нулю, то основные носители заряда, накопившиеся в базе, могут исчез­нуть только двумя путями: либо уйти в эмиттер, либо рекомбинировать с неосновными носителями, инжектированными эмиттером. Од­нако транзистор делают так, что вероятность этих событий довольно мала.. Из эмиттера в базу проходит гораздо больше носителей, чем из базы в эмиттер, и носители, инжек­тированные в базу, почти не рекомбинируя, доходят до коллектора. Следовательно, каждый основной носитель, оказавшийся в базе в результате ударной иониза

ции в коллекторном переходе, вызовет инжекцию из эмиттера в базу большого числа неосновных носителей, что и приведет к существенному росту тока коллектора.

Пробивное напряжение коллектор-эмиттер при  = 0 мо­жет быть значительно меньше пробивного напряжения коллектор-база при = 0.

Отсюда можно сделать следующие практические выводы:

1) необходимо иметь в виду возможность пробоя тран­зистора, включенного по схеме с общим эмиттером, при значи­тельно меньших напряжениях, чем пробивное напряжение кол­лекторного перехода, если в цепь базы включено относительно большое сопротивление. Эти процессы будут обратимыми, если ток коллектора ограничен параметрами внешней схемы (например, сопротивлением нагрузки). В противном случае мощность, выделяющаяся в коллекторном перехо
де, может превысить допустимое значение, тогда произойдет необратимый тепловой пробой транзистора;

2) при включении транзистора в схему, находящуюся под напряжением (например, при измерении параметров транзисто­ров), вначале необходимо присоединить вывод базы, а затем вы­воды эмиттера и коллектора, чтобы не возникло условие нуле­вого тока базы

Вторичный пробой

Под вторичным пробоем понимают явле­ния, связанные с разогревом коллекторного перехода и приводя­щие к резкому увеличению коллекторного тока при одновремен­ном уменьшении коллекторного напряжения. При вторичном про­бое транзистора, как и при тепловом пробое диода, происходит шнурование тока, проходящего через коллекторный переход. Шнурование тока связано с наличием различного рода дефек­тов на поверхности и в объеме транзисторной структуры, которые могут приводить к локальному увеличению плотности тока через коллекторный переход.

Локальное увеличение плотности тока приводит к локальному разогреву участка коллекторного перехода и может вызвать его расплавление. В этом случае расплав полупроводника коллекторной области проникает в базу и достигает эмиттерной области. Эмиттерная и коллекторная области соединяются перемычкой такого же типа проводимости. При исследовании такого транзистора выпрямляющие свойства переходов остаются, а эмиттер соединяется с коллектором накоротко.