Fenomeni di rottura delle giunzioni nel BJT

Fenomeni di rottura delle giunzioni nel BJT
In attiva, all’aumentare del modulo di VCB, si può arrivare
alla rottura di tale giunzione (per valanga), riscontrabile
nelle caratteristiche di uscita con un aumento della corrente
oltre un certo valore della tensione di uscita
Dal momento che il fenomeno si manifesta in modi diversi
a seconda della configurazione di misura, è opportuno
definire due diverse tensioni di rottura per il dispositivo.
BVCB, e BVEC. Convenzionalmente, per caratterizzare un
dispositivo, si definiscono BVCB0 come la tensione di
breakdown misurata in base comune sulla curva
caratterizzata da IE=0 e BVEC0 come la tensione di
breakdown misurata in emettitore comune sulla curva
caratterizzata da IB=0.
Nel primo caso, la tensione misurata corrisponde
effettivamente alla tensione di rottura della giunzione CB
come se questa fosse isolata, mentre nel secondo caso, si
manifesta l’effetto di accoppiamento tra le due giunzioni
(effetto transistor), ovvero BVEC0 non è semplicemente pari
a VEB - BVCB0.
Vediamo, nel dettaglio, come ricavare BVEC0 nota BVCB0.
Fenomeni di rottura delle giunzioni nel BJT
Innanzitutto, è bene introdurre il concetto di fattore di
moltiplicazione M per il quale risulta moltiplicata la corrente
di collettore quando si manifesta l’effetto valanga in
corrispondenza di una certa tensione VCB.
M (VCB ) =
1
con η costante determinata empiricamente
VCB η
1− (
)
BVCB 0
In condizioni di base aperta (quale quella in cui convenzionalmente viene misurata BVEC0 )
I B = 0 ⇒ I E = IC = I
In presenza di moltiplicazione per valang a :
I C = M (VCB )(α0 I E + I CB0 )
I = M (VCB )(α 0 I + I CB0 )
M (VCB ) ICB 0
⇒I =
1− α 0 M (VCB )
da cui si ricava che la condizione di rottura, in emettitorecomune, è :
α 0 M (VCB ) = 1
da cui :
α0
1
=1
VCB η
1− (
)
BVCB 0
1−(
(
VCB η
) = α0
BVCB0
VCB η
) = 1− α0
BV CB0
1
VCB
η
= (1 − α 0 )
BVCB0
1
da cui :VCB = BVCB 0 (1 − α 0 ) ≈ BVCB 0 β
η
1
−η
Tale valore di tensione differisce da BVEC0 per VEB (che però
essendo la EB in diretta, è all’incirca pari a 0.5-0.7 V)
Fenomeni di rottura delle giunzioni nel BJT
Fenomeni di rottura delle giunzioni nel BJT
Quindi valgono le relazioni :
BV 0
BVEC 0 = CB
1
β
e, come era stato ricavato in precedenza :
I EC 0 ≅ βI CB 0
η
Perciò, in emettitore comune, la tensione di breakdown misurata è
molto inferiore a quella misurata in base comune, laddove la
corrente misurata in emettitore comune a base aperta è molto
superiore alla corrente misurata in base comune a emettitore
aperto.
Sono due modi in cui si manifesta l’effetto transistor!
PUNCH THROUGH
A causa della modulazione della larghezza della regione neutra di
base dovuta alla tensione inversa della giunzione CB, può
verificarsi che W à 0
In questo caso le regioni di svuotamento relative alle due giunzioni
arrivano a toccarsi e perciò la base diventa nella sua interezza sede
di un campo elettrico che trascina le cariche positive
dall’emettitore al collettore. A questo punto le due giunzioni
possono considerarsi elettrostaticamente accoppiate nel senso che
un aumento di VCB può direttamente provocare un abbassamento
della barriera vista dai portatori che stanno nell’emettitore e
conseguentemente una forte iniezione di portatori in base, con un
aumento di IC. Il fenomeno ha le stesse conseguenze, sulle curve di
uscita, del breakdown a valanga della giunzione CB.