Несколько вопросов про биполярный транзистор

[Ascold]

В книге Епифанов Г.И., Мома Ю.А. "Твердотельная электроника" М., 1986, скачать можно, например, здесь http://www.ph4s.ru/book_ph_tvtelo.html неясно следующее.

1. На стр. 261 на рис. 12.4 дана зависимость параметра $\alpha=\frac{\partial I_k}{\partial I_e}|_{U_k=\operatorname{const}}$ от тока эмиттера, и на стр. 260 падение при малых, а также больших эмиттерных токах объясняется тем, что при малых токах значима рекомбинация электронов в базе(для определённости пусть будет n-p-n транзистор) , поскольку дырки туда могут прийти главным образом из базовой цепи.
Я не знаю физику тв. тела, к сожалению, поэтому такой наивный вопрос - как они там образуются - неужто в металлическом проводе? Если так, то как можно "на пальцах" объяснить, почему в металле дырок больше, чем в коллекторе, понятно, что коллектор - полупроводник n-типа, там дырок мало, но почему в металле они вообще есть, это термогенерация или что-то другое?

2. Про большие токи эмиттера авторы на стр. 261-262 пишут

Цитата:

К инжектированным неосновным носителям подтягиваются по цепи базы основные носители для компенсации инжектированного объёмного заряда. При больших токах эмиттера в базу инжектируется настолько много неосновных носителей(электронов), что концентрация основных носителей у эмиттера заметно повышается. Это приводит к росту инжекции основных носителей из базы в эмиттер, т.е. к уменьшению эффективности эмиттера.

Запутался в "основных" и "неосновных" - имеется ввиду, что электроны, попавшие в p-базу, заряжают её отрицательно и тем притягивают дырки, имеющиеся в базе, а также затащенные из провода базовой цепи в сторону эмиттера и они включаются в эмиттерный ток или что-то другое?

3. На стр. 263 второй абзац: "Поясним физическую природу усиления тока в схеме с общим эмиттером...". Авторы говорят, что по цепи бази в неё извне заедут дырки, понизят потенциальный барьер, что вызовет движение электронов из эмиттера, но т.к. база легирована слабео, то большая их часть доберётся-таки до коллектора, а оставшиеся - прорекомбинируют с прибывшими дырками. Всё понятно, но не является ли это объяснение, скажем так, дополнительным по отношению к рассуждению о том, что причина эмиттерного тока - всё-таки понижение потенциального барьера включением прямого смещения базо-эмиттерного перехода? Ненулевой базовый ток - следствие неидеальности транзистора, а не то чтобы прямо-таки причина коллекторного тока или я ошибаюсь? Просто "внешним источником напряжения смещения понизили потенциальный барьер, часть электронов инжектировалась в базу и дошла до коллектора" и "по цепи базы пришли дырки, понизили потенциальный барьер, вызвав этим ток эмиттера" - по-моему, это два разных процесса, а не разные объяснения одного и того же.

4.Режим насыщения. На стр. 262 написано, что в этом режиме коллекторный p-n-переход смещён прямо, но поле, втягивающее в коллектор электроны, инжектированные эмиттером, всё-таки ещё есть. Из этого можно сделать вывод о том, что потенциал коллектора выше потенциала базы(n-p-n). С другой стороны, $U_{KE}=U_{KB}+U_{BE}.$ Если транзистор кремниевый, то $U_{BE}$ в насыщении не меньше 0,6-0,7В, а $U_{KE}$ может составлять всего около 0,2В(доводилось в этом убеждаться при работе с транзистором КТ503Г), что намекает на превышение потенциала базы над коллектором. Что утаили авторы книжки?
Далее они пишут: "теперь из коллектора через низкий барьер p-n-перехода идёт встречный ток носителей"(не сказано, каких именно). Если это электроны, ведь дырок в n-коллекторе мало, и предположить, что $U_{KB}>0$, то этот ток диффузионный, неужели он существенен на фоне дрейфового тока электронов через коллекторный переход, пришедших от эмиттера?
Вообще, про режим насыщения не конца понял его преимущественную причину - всё-таки встречный диффузионный поток коллекторных электронов через пониженный барьер(или вообще без барьера, если $U_{BE}=0.7$В, $U_{KE}=0.2$В, $U_{KB}=-0.5$В) или то обстоятельство, что коллекторный переход хуже всасывает инжектированные электроны за счёт пониженного потенциала коллектора, или же что электроны, инжектированные в базу, не успевают все продиффундировать в коллекторный переход, а притягивают дырки из базовой цепи и рекомбинируют с ними, не доходя до коллектора?

5. При больших напряжениях коллектор-база(обратных) коллекорный переход расширяется, особенно в базовой части и может сомкнуться с эмиттерным(прокол базы, рис. 12.6). Непонятно, почему, помимо превращения барьера из трапециидального в треугольный, происходит ещё и его понижение?

[amon]

Ascold в сообщении #1345957 писал(а):

Просто "внешним источником напряжения смещения понизили потенциальный барьер, часть электронов инжектировалась в базу и дошла до коллектора" и "по цепи базы пришли дырки, понизили потенциальный барьер, вызвав этим ток эмиттера" - по-моему, это два разных процесса, а не разные объяснения одного и того же.

Биполярный транзистор, в отличии от полевого, это сложно. Не зря же за него Нобеля дали, в том числе и теоретику. Если совсем коротко, то ток через базу это почти чисто диффузионный ток (на языке прибористов - инжекционный). Дрейфовая составляющая в нем в обычном режиме очень мала. Электроны (для $npn$) проходят базу только за счет диффузии. От этого и пляшите.

Еще можно взять другой учебник, например, Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, и попробовать почитать про транзистор там. Предварительно надо разобраться как работает одиночный p-n переход.

[Ascold]

amon в сообщении #1346027 писал(а):

Еще можно взять другой учебник, например, Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, и попробовать почитать про транзистор там. Предварительно надо разобраться как работает одиночный p-n переход.

Глянул эту книгу - там всё очень коротко как-то, и ответов на мои вопросы нет. На самом деле, я сейчас занимаюсь следующим делом - пытаюсь для себя сделать хотя бы качественные обоснования к 2 главе 1 тома "Искусства схемотехники" Хоровица и Хилла, поэтому главным образом меня интересуют три вещи:

1)Неужели в металле дырочная проводимость существенна, превосходит оную в полупроводнике n-типа?

2)Почему при больших токах эмиттера падает коэффициент передачи тока?

3)Что является главной причиной перехода транзистора(в схеме с общим эмиттером) в режим насыщения - понижение потенциала коллектора, приводящее к ухудшению втягивания им инжектированных эмиттером электронов или же встречная инжекция электронов коллектором, или дырки, притягиваемые от источника питания в базу, проходящими её электронами от эмитера?

[Munin]

Ascold в сообщении #1346158 писал(а):

1)Неужели в металле дырочная проводимость существенна, превосходит оную в полупроводнике n-типа?

То, что называется "электронной проводимостью в металле", качественно отличается как от дырочной, так и от электронной проводимости в полупроводниках. Так что на границе металл-полупроводник так или иначе происходит конверсия носителей. Так что дырки не приходят из металла, а возникают на его границе. (То же относится и к "полупроводниковым" электронам, симметрично.)

[Ascold]

Munin в сообщении #1346172 писал(а):

То, что называется "электронной проводимостью в металле", качественно отличается как от дырочной, так и от электронной проводимости в полупроводниках. Так что на границе металл-полупроводник так или иначе происходит конверсия носителей. Так что дырки не приходят из металла, а возникают на его границе. (То же относится и к "полупроводниковым" электронам, симметрично.)

Имеете ввиду, что в металле проводимость как в валентной зоне, так и в зоне проводимости при любой температуре осуществляется в "своих" уровнях энергии, а у полупроводников - преимущественно по примесным уровням?

[Munin]

Простите, вы вообще зонную структуру металла знаете?

[Ascold]

Munin в сообщении #1346809 писал(а):

Простите, вы вообще зонную структуру металла знаете?

Читал что-то в книжках по твёрдотельной электронике(в том заведении, где я учился, стат. физика с ферми-дираком и бозе-эйнштейном преподавалась не до, а существенно после физики тв. тела, к тому же преподаватель ФТТ был из тех людей, что не любят ничего доказывать, в общем, было скучно и непонятно, а сам я так и не стал фанатом этой науки).

Что знаю - что в металле, вроде бы, зона проводимости не отделена от валентной зоны.

[Munin]

Это называется бесщелевым полупроводником. А в металле это вообще не две разных зоны, это одна зона, и в ней есть свободная поверхность Ферми. Гляньте хотя бы в Wikipedia.