Some aspects of current gain variations in bipolar transistors

• Published in: Solid-state electronics Vol. 17; no. 10; pp. 1045 - 1057
• Main Authors: Rey, G., Bailbe, J.P.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 01.01.1974
• ISSN: 0038-1101; 1879-2405
• DOI: 10.1016/0038-1101(74)90144-0

This paper deals with the study of the main mechanisms involved in the bipolar transistor current-gain variations. In the first part, we describe some properties of characteristic parameters N S and I SR of the surface “diode”; an attempt is made to explain the strong correlation between N S and I SR. In a second part, we analyse the influence of emitter current crowding, high injection in the base region, and base widening effects on the high level bias current gain value. Critical current densities beyond which each of these effects takes place are defined, allowing us to evaluate their comparative importance at a given collector current value. Our study shows that, on the one hand, for transistors affected by emitter-current crowding, the surface currents play an essential part in the high level bias current gain fall off and, on the other hand, the base widening effect has a very great influence on the static ( I C, V EB) characteristic and on the emitter injection efficiency value. In the third part, the experimental results obtained are reported and compared with previously proposed analytical relations. Nous étudions, dans cet article, les principaux mécanismes qui sont responsables des variations du gain en courant des transistors bipolaires. Dans la première partie, nous décrivons certaines propriétés des paramètres N S et I SR caractéristiques de la “diode” de surface; en essai d'interprétation de la forte corrélation qui lie N S et I SR est proposé. Dans la deuxième partie, nous analysons l'influence des effets de défocalisation, de haute injection dans la base et d'élargissement de la base sur la valeur du gain en courant aux forts niveaux de polarisation. Nous définissons des densités de courant critiques, au-delà desquelles chacun de ces effets entre en jeu; celles-ci nous permettent d'évaluer le poids relatif des différents mécanismes impliqués. Notre étude montre que, d'une part, dans le cas de transistors affectés par la défocalisation, les courants de surface ont un rôle essentiel dans la chute du gain en courant à fort niveau et que, d'autre part, l'effet d'élargissement de la base a une très grande influence sur la caractéristique statique ( I C, V EB) et sur la valeur du taux d'injection de la jonction émetteur-base. Dans la troisième partie, nous donnons les résultats expérimentaux obtenus et nous les comparons avec les expressions analytiques correspondantes établies dans les paragraphes précédents.