Непонятное поведение биполярного транзистора.

[shura1959]

Прошу Уважаемое сообщество помочь разобраться с непонятным поведением биполярного транзистора:
Если подключить переход база-эмиттер NPN кремниевого транзистора, например КТ850, КТ602, 2SC3279, и пр. в режим лавинного пробоя (+ на эмиттере, - на базе), а коллектор оставить "висеть в воздухе", то обнаружено, что для кремниевых транзисторов при превышении обратного тока БЭ некоторого значения, например 500 мкА, на "оборванном коллекторе" появляется отрицательное (!) относительно базы напряжение -50...-400мВ.

[Gagarin1968]

shura1959 в сообщении #1562991 писал(а):

для кремниевых транзисторов

Интересно, а транзистор на основе германия тоже даёт такой эффект? Если нет, возможно, причина в том, что у кремния и германия разный коэффициент термогенерации - я имею в виду разницу в концентрации неосновных носителей при увеличении температуры.
Есть возможность это проверить?

[shura1959]

Да, уже проверено, на сплавных германиевых такого эффекта не наблюдается. Я публиковал полный текст экспериментов, но его сочли не легитимным)))... там есть домыслы и предположения. Вот ссылка на оригинал ссылка удалена

[Pphantom]

shura1959, если с первого раза не дошло.

Не надо размещать на форуме:
1) копипасты и скриншоты с других форумов, сделанные без применения интеллекта - с сохранением технической информации, ссылок на настройки форума, замен смайликов и т.п.
2) ссылки на другой форум.

Хотите обсуждать что-нибудь тут - излагайте это что-то тут. На литературном русском языке.

[shura1959]

PphantomХорошо, тогда буду отвечать в процессе обсуждения.

[GraNiNi]

shura1959 в сообщении #1562991 писал(а):

на "оборванном коллекторе" появляется отрицательное (!) относительно базы напряжение -50...-400мВ.

Это напряжение было чем-то замерено, поэтому коллектор не в полной мере висит в воздухе - сопротивление измерительного прибора хоть и большое но не бесконечное (как на воздухе). Это может как-то повлиять?

[shura1959]

GraNiNiМаловероятно что прибор влияет. Замеры я проводил обычным мультиметром с Входным сопротивлением 10 МОм в двух вариантах:
1. Просто присоединяя прибор к переходу БК, заряд с коллектора практически мгновенно стекает через входное сопротивление мультиметра, и потенциал можно заметить -10...-20 мВ.
2. К переходу БК подключался полистироловый конденсатор К71 0,2 мкФ с малым током утечки, на нём накапливался заряд до -400 мВ.

При нагревании транзистора обычным паяльником напряжение на коллекторе изменялось с -400 мВ до -100 мВ и ниже.

Вот, к слову, отличия германиевого сплавного транзистора (МП111, МП16) от кремниевого планарного:
- Сплавная технология в Ge, и планарная в Si транзисторах;
- Преимущественно диффузный способ движения неосновных носителей в базе в Ge, и дрейфовый под действием встроенного поля в Si транзисторах;
- Низкое сопротивление коллектора в Ge и гораздо более высокое в Si транзисторах;
- В 3 раза более высокая подвижность носителей в Ge, чем в Si транзисторах;
- Напряжение открывания перехода 0,3В в Ge, и 0,6В в Si транзисторах;
- Обратный ток P-n перехода в Ge, в 1000...10000 раз (!) больше чем в Si транзисторах.
- Меньшее (?) количество поверхностных эффектов в Ge, чем в Si транзисторах;
- Отсутствие поверхностного диэлектрика в Ge, и наличие SiO2 в Si транзисторах;
- Наличие приповерхностных областей с более низким пробивным напряжением в Si и отсутствие(?) их в Ge транзисторах;
- Напряжение лавинного пробоя перехода б-э 80В в Ge, и 8В в Si транзисторах;
- Ширина запрещённой зоны 0,68В в Ge, и 1,21В Si;
- Оптическое поглощение 11...23 мкм в Ge, и 11...14 мкм в Si, некоторые области пропускания совпадают;

[Gagarin1968]

shura1959 в сообщении #1563007 писал(а):

на сплавных германиевых такого эффекта не наблюдается

Уже хорошо. Надо пробовать всё.
А если оборвать не коллектор, а эмиттер? Наблюдается аналогичный эффект?

[shura1959]

Также проделан эксперимент с оборванным эмиттером. Были пробиты БК переходы (у кремниевых - около 90В, у германиевых 85В) с обратным током около 2мА. Парадоксальный эффект не обнаружен

[Osmiy]

При лавинном пробое присутствует рекомбинация носителей? Если да, то возможна генерация фотонов. А другой pn-переход выполняет роль фотоэлемента (если конечно полярность фото-ЭДС согласуется).

[shura1959]

OsmiyМои предположения такие же: термогенерация, или фотоэффект. Осталось только обосновать преобладающие эффекты, объяснить отсутствие парадокса в германии и в "оборванном эмиттере".

4. Попытаюсь выделить отличия и особенности ПП структур транзисторов (конкретные цифры достаточно условны, и составляют нечто среднее для БТ транзисторов).
У кремниевых отличия, на мой взгляд, такие:
4.1. Схема с оборванным коллектором.
- Область пространственного заряда обратносмещённого перехода БЭ имеет на порядок большую протяжённость в базе, чем в эмиттере, и составляет при Uобр.=6В около 1мкм, и, соответственно, генерация носителей обратного тока происходит ближе к коллектору.
- Длина свободного пробега носителей в коллекторе до момента рекомбинации составляет порядка 30мкм.
- Время жизни основных носителей в коллекторе условно составляет 1 мкс.
4.2. Схема с оборванным эмиттером.
- Область пространственного заряда обратносмещённого перехода БК имеет на порядок большую протяжённость в коллекторе, чем в базе, и составляет при Uобр.=6В около 1,5...2,0мкм, и, соответственно, генерация носителей обратного тока происходит дальше от эмиттера.
- Длина свободного пробега носителей в эмиттере до момента рекомбинации составляет порядка 0,2...0,5 мкм.
- Время жизни основных носителей в эмиттере условно составляет 0,01 мкс.
- Ток утечки перехода б-э гораздо больше чем утечка б-к.
5. Выводы.
- Возможно, мы не наблюдаем эффекта в оборванном эмиттере, т.к. ещё "по дороге" есть база; там длина свободного пробега поменьше, и эмиттер получается "экранирован" от коллектора базой.
- И длина свободного пробега, а, соответственно, и время жизни в эмиттере намного меньше чем в коллекторе.

P.S. За пределами обсуждения пока остались: туннельный эффект, влияние "горячих" электронов, влияние эффекта Дембера (различная скорость диффузии дырок и электронов),и кваннтовые "чудеса".

[Gagarin1968]

shura1959 в сообщении #1563016 писал(а):

При нагревании транзистора обычным паяльником напряжение на коллекторе изменялось с -400 мВ до -100 мВ и ниже

А вот тут поподробнее. Здесь многое зависит от обратного тока на переходе эмиттер - база.
Вы писали, что

shura1959 в сообщении #1562991 писал(а):

при превышении обратного тока БЭ некоторого значения, например 500 мкА, на "оборванном коллекторе" появляется отрицательное (!) относительно базы напряжение

А будет ли этот эффект при нагреве паяльником, но при малом обратном токе ЭБ, скажем, порядка нескольких микроампер?
То, что я уже писал:

Gagarin1968 в сообщении #1563002 писал(а):

разницу в концентрации неосновных носителей при увеличении температуры

похоже на правду. При нагреве идёт резкое увеличение концентрации дырок (у Вас же n-p-n транзистор) в области коллектора.

[shura1959]

Gagarin1968 в сообщении #1563102 писал(а):

Здесь многое зависит от обратного тока на переходе эмиттер - база.

Да, эффект начинает проявляться начиная с обратного тока примерно 1мкА.

Gagarin1968 в сообщении #1563102 писал(а):

А будет ли этот эффект при нагреве паяльником, но при малом обратном токе ЭБ, скажем, порядка нескольких микроампер?

Думаю, что при нагреве эффект будет проявляться начиная с бОльшего обратного тока. Пока подтвердить не могу, - на даче.

Gagarin1968 в сообщении #1563102 писал(а):

При нагреве идёт резкое увеличение концентрации дырок (у Вас же n-p-n транзистор) в области коллектора.

Да, к тому же, ток утечки к-б тоже возрастает.

-- 19.08.2022, 09:23 --

Забавно, я не нашёл в свободном доступе хотя бы простейшую наглядную двумерную модель биполярного транзистора, чтобы можно было поизменять режимы, попробивать переходы, погреть, "посветить", облучить, и пр.. Грамотному студенту работы на неделю, инженерные формулы известны уже пол сотни лет.

[shura1959]

Испытания с нагревом:
Транзистор КТ602АМ, на эмиттере относительно Базы +6В, между БК подцеплен фторопластовый конденсатор ФТ-3, 0,1мкФ. Ток утечки БЭ 0,5 мкА.
Приложил к транзистору паяльник, думаю, нагрелось до 100...150 грд.С. Ток утечки БЭ стал 1,5мкА.
Эффект оборванного коллектора отсутствует, на коллекторе примерно +20мВ.

[amon]

shura1959 в сообщении #1563107 писал(а):

Забавно, я не нашёл в свободном доступе хотя бы простейшую наглядную двумерную модель биполярного транзистора, чтобы можно было поизменять режимы, попробивать переходы, погреть, "посветить", облучить, и пр.. Грамотному студенту работы на неделю, инженерные формулы известны уже пол сотни лет.

Там все не так просто, не зря за биполярный транзистор дали Нобеля. Есть такая книжка Г.Е. Пикус. Основы теории полупроводниковых приборов. Если осилите, то по ней можно самому имитатор транзистора написать.