Wie kann ein Transistor seine Verstärkung verlieren?

Ich repariere viele alte Radios und mir wurde immer gesagt, dass man einen BJT-Transistor testet, indem man seine Übergänge überprüft, die als Dioden funktionieren sollten. Aber oft ist mir aufgefallen, dass der Transistor trotz der funktionierenden Übergänge eine sehr schwache oder gar keine Verstärkung hat.

Dies passiert sehr oft bei Leistungstransistoren, die unter übermäßiger Hitze gelitten haben. Und es passiert manchmal auch mit HF-Transistoren, die sich an den ZF-, Mischer- oder lokalen Oszillatorstufen in Radios befinden. Diese Transistoren sollten niemals heizen, da sie sehr kleine Ströme treiben.

Was sind also die genauen Gründe, warum ein Transistor seine Verstärkung verliert? Und was passiert genau auf der Knotenpunktebene?

Einer der Gründe könnte Diffusion sein. Wenn Transistoren erhitzt werden, diffundieren ihre Dotierstoffe. Dies ist ein sehr (sehr, sehr) allmählicher Prozess, aber angesichts der Herstellungsmethoden sehr alter Radiotransitoren und der Zeit, die sie für diesen Prozess hatten, könnte es sein, dass dies (teilweise) schuld ist. Ich habe keine Zahlen und bin mir alles andere als sicher, daher setze ich es nicht in eine richtige Antwort.
Bei FETs gibt es auch die Frage der Verschiebung von Vt durch Injektion heißer Elektronen, aber ich glaube nicht, dass alte Transistoren irgendwo klein genug waren, um ein Problem zu werden. Und schließlich ist da noch die Frage der Elektromigration, die die Widerstände beeinflusst haben könnte. Auch dies alles sind wilde Spekulationen.
@racboni. Sprechen Sie über PNP-Ge-Transistoren?
"Diese Transistoren sollten sich niemals erhitzen, da sie sehr kleine Ströme treiben" - aber sie wurden oft für sehr kleine Ströme ausgelegt , sodass es möglicherweise nicht viel braucht, um sie durchzubrennen.
@Autistic Ich spreche von allen BJT-Transistoren. Ich habe dieses Problem bei PNP-, NPN-, Ge- und Siliziumtransistoren bemerkt. Aber es scheint, dass Ge-Transistoren stärker Verstärkungsverlusten unterliegen.
@BruceAbbott ja du hast recht. Aber hier sind die Transistoren nicht wirklich durchgebrannt. Die Übergänge arbeiten immer noch als Dioden. Nur die hfe-Verstärkung ist betroffen.
Hohes HFE erfordert, dass fast alle vom "Emitter" injizierten Träger die Basisladungen verfehlen und zum "Kollektor" weitergehen. Wenn die Basenrekombination 0,01 beträgt, beträgt Beta ~100. Wenn die Rekombination aufgrund von Alter und Diffusion von Dotierstoffen zunimmt, nimmt das Beta ab.

Antworten (3)

Je nach Art und Aufbau des Transistors und je nach Umwelteinflüssen, denen er ausgesetzt war, können unterschiedliche Ursachen vorliegen. Dazu können Diffusion von Atomen im Halbleiter, Elektromigration der Metallisierung, Verunreinigung durch Wasser oder Sauerstoff, zu hohe Spannung oder Strom sowie mechanische oder thermische Belastung gehören.

Ich konnte keine Informationen zu diesem Fehlermodus bei Germaniumtransistoren finden, aber ich habe einen Artikel über die Verschlechterung von Siliziumtransistoren gefunden, der Folgendes besagt:

Die Stromverstärkung von Bipolartransistoren nimmt stark ab, wenn das Oxid über dem Emitter-Basis-Übergang beschädigt wird. Dies kann unter normalen Betriebsbedingungen auftreten, da beim Sperren des Emitter-Basis-Übergangs heiße Ladungsträger erzeugt werden ...

der Basis-Kollektor-Übergang wird durch die Belastung nicht verschlechtert.

Die begleitenden Diagramme zeigen eine dramatische Verstärkungsreduzierung,

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

aber relativ normale Basis-Emitter-Diodenwirkung.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es kann sein, dass Germanium-Transistoren jetzt alt genug werden, um bei normalem Gebrauch Anzeichen von Verschlechterung zu zeigen, aber die Ausfälle dieser Art, auf die ich gestoßen bin, waren alle Siliziumtransistoren, die durch Überspannung belastet wurden.

Danke für die Bemühung. Ich schätze wirklich. Ich habe gerade das gesamte Dokument gelesen. Sehr interessant.
Übrigens habe ich meine Sammlung alter Germaniumtransistoren getestet (einige neu, andere aus verschrotteten Radios). Die meisten waren in Ordnung, aber einige hatten eine geringe Verstärkung und/oder einen hohen Verlust, und ein brandneuer AC128 hatte einen extrem hohen Verlust und eine lächerlich hohe Verstärkung! Leider weiß ich nicht, ob sie schon immer so waren oder ob sich ihre Eigenschaften im Laufe der Zeit verändert haben.

Ja, das kann auch passieren (wie ich festgestellt habe), wenn ein Transistor, der in Sperrrichtung vorgespannt wurde, dh als "Negistor" verwendet wird, nie wieder gut funktioniert. Selbst wenn es nur für ein paar Stunden belassen wird, wird es zu einer Verringerung der Verstärkung kommen. Scheint jedoch ein effektiver Weg zu sein, um die Verstärkung anzupassen, und funktioniert sehr gut, wenn der Transistor bereits beschädigt oder von schlechter Qualität ist, wie es bei denen aus der Sinclair-Ära durchaus üblich war.

Sekundärer Durchbruch ist ein thermischer Runaway-Prozess, bei dem zusätzliche Wärme aufgrund zusätzlicher Ladungsträgermobilität zusätzliche Leitfähigkeit verursacht. Dies konzentriert die Hitze in einem sich verengenden Kanal, der sich verschlechtert oder sogar schmilzt oder brennt. Hält dieser Vorgang an oder wiederholt sich oft genug, ohne die Bonddrähte zu verlieren, zerstört er am Ende vor allem die für die Stromverstärkung verantwortlichen Bereiche des Transistors, so dass man am Ende unabhängige Dioden von zweifelhafter Qualität erhält.

Datenblätter für neuere Varianten von 2N3055 (ein klassischer Leistungstransistor ursprünglich von RCA) enthalten tendenziell ausgefeilte zweite Durchbruchsdiagramme, die den zeitlichen Ablauf des Problems für verschiedene Spannungen und Ströme angeben. Der Grund dafür ist, dass bei der Umstellung neuerer Varianten auf einen Epitaxieprozess die stark erhöhte Chiphomogenität dem Thermal Runaway-Prozess entgegenkam, der zu einem kleinen Leitfähigkeitskanal konvergierte, und spezifische Maßnahmen ergriffen werden mussten, um einen Teil der verlorenen Robustheit zurückzugewinnen.

Da der sekundäre Durchbruch speziell die Bereiche betrifft, die den aus der Verstärkung resultierenden Strom führen, trägt er wahrscheinlich dazu bei, dass Transistoren aufgrund anhaltender Überlastung ohne nützliche Verstärkung enden.

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