Richi´s Lab

Central Semiconductor 2N2857

2N2857

Der 2N2857 ist ein Hochfrequenztransistor mit einer Grenzfrequenz zwischen 1,0Ghz und 1,9GHz. Der Verstärkungsfaktor liegt bei 30 bis 150. Der Kollektorstrom darf 40mA betragen, als Kollektor-Emitter-Spannung sind bis zu 15V zulässig.

 

2N2857

2N2857

Der 2N2857 wurde ursprünglich von Motorola vertrieben. Dieses Modell stammt von Central Semiconductor, einer 1974 gegründeten Firma, die sich unter anderem auf die Produktion abgekündigter Bauteile spezialisiert hat. Der vorliegende 2N2857 ist mit einem Datecode aus dem Jahr 2017 entsprechend relativ neu.

 

2N2857 Anschlüsse

Das Package bietet vier Anschlusspins. Neben Basis, Emitter und Kollektor ist auch ein Kontakt zum an sich potentialfreien Gehäuse vorhanden.

 

2N2857 Aufbau

Um das Gehäuse potentialfrei zu halten, wurde das Die auf die Kontaktfläche des Kollektorpins platziert. Im Vergleich zu einer normalen Positionierung auf dem Boden des Gehäuses dürfte die Wärmeleitfähigkeit merklich schlechter sein.

 

2N2857 Aufbau

2N2857 Die

2N2857 Die

Das Die besitzt eine Kantenlänge von nur 0,35mm.

An der rechten Kante befinden sich mehrere Strukturen, die es vermutlich ermöglichen die Prozessqualität optisch zu überwachen. An der linken Kante ist ein Testtransistor abgebildet, dessen Eigenschaften mit Testnadeln vermessen werden können. Dazu kontaktiert das unterste Metallrechteck die Kollektorfläche. Darin befindet sich eine Fläche des Basismaterials mit einem weiteren Kontakt (oben) und darin wiederum eine Fläche des Emittermaterials mit dem dritten Kontakt des so entstandenen Transistors. Dass auf dem Die eines Kleinsignaltransistors zusätzlich ein Testtransistor integriert wird, ist ungewöhnlich. Es sollte eigentlich möglich sein notwendige Vermessungen mit dem 2N2857-Transistor selbst durchzuführen. Lediglich destruktive Tests würden den zweiten Transistor erklären. Es ist allerdings fraglich wofür destruktive Tests notwendig sein sollten.

Der 2N2857-Transistor besitzt ineinandergreifende Elektroden für das Basis- und das Emitterpotential. Das Quadrat, das sich im Inneren farblich absetzt, stellt die Basisschicht dar. Die Metalllage verdeckt die relativ kleinen Emitterflächen. Ansatzweise sind die Kanten erkennbar, die sich durch das Einbringen der Emitterdotierung ergeben haben. Der Kollektor wird durch das Substrat oder zumindest der darauf befindlichen Schicht dargestellt.

 

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch

Der 2N2857 kann im Lawinendurchbruch betrieben werden und zeigt dabei den bekannten und beispielsweise beim ST 2N3055 beschriebenen Leuchteffekt. Die Durchbruchspannung der Basis-Emitter-Strecke liegt mit ungefähr -6V sehr niedrig. Der Grund dafür ist die hohe Dotierung, die notwendig ist, um hohe Schaltfrequenzen erreichen zu können. Eine hohe Dotierung führt auch immer zu einer niedrigen Durchbruchspannung.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Emitter 1mA

Die aktiven Strukturen sind zwar sehr klein, dennoch ist bei einem Strom von ungefähr 1mA gut zu erkennen, dass auch hier zuerst einzelne, abgegrenzte Bereiche durchbrechen.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Emitter 5mA

Erhöht man den Strom auf ungefähr 5mA, so stellt sich ein gleichmäßiges, helles Leuchten ein.

 

 

Da der 2N2857 mit 30V nur eine sehr geringe Kollektor-Basis-Sperrspannung aufweist, kann man hier auch mit relativ einfache Mitteln die Basis-Kollektor-Strecke in den Durchbruch treiben. Die dazu notwendige Spannung ist allerdings überraschend hoch. Erst bei 57V steigt der Stromfluss auf 10µA.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 0,05mA

Bei einem Stromfluss von 50µA ist in der rechten oberen Ecke des Basisbereichs ein ganz schwaches Leuchten zu erahnen.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 0,1mA

Bei einem Stromfluss von 100µA zeigt sich das Leuchten auch ansatzweise in der rechten unteren Ecke des Basisbereichs.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 0,25mA

Ab einem Stromfluss von 250µA ist das Leuchten in den rechten Ecken deutlich erkennbar.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 0,5mA

Ab einem Stromfluss von 500µA erweitert sich der Leuchteffekt auf die linken Ecken.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 1mA

Bei einem Stromfluss von 1mA leuchten alle vier Ecken des Basisbereichs. Der Grund dafür ist, dass die Radien der Strukturen dort am kleinsten und entsprechend die elektrischen Feldstärken am höchsten sind.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 2mA

Bei einem Stromfluss von 2mA beginnt die rechte Kante schwach zu leuchten.

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 3mA

3mA

 

2N2857 Die Lawinendurchbruch Basis-Kollektor 5mA

Bei einem Stromfluss von 5mA beträgt die Spannung über der Basis-Kollektor-Strecke bereits 75V, wodurch eine für diesen Transistor nicht unbeträchtliche Verlustleistung von 375mW anfällt.

Das Leuchten erstreckt sich fast über die vollständige von oben sichtbare Basis-Kollektor-Grenzfläche. Lediglich der Bereich unter der Emitter-Elektrode bleibt inaktiv. Der Emitter war nicht kontaktiert, dennoch ist es denkbar, dass sein Potential die Basis-Kollektor-Grenzfläche beeinflusst.

 

Der Kollektor-Emitter-Durchbruch erfolgt bereits bei einer relativ niedrigen Spannung von ungefähr 45V solange an der Basis kein Potential angeliegt. Ein Leuchteffekt ist dabei nicht zu beobachten. Das liegt wahrscheinlich daran, dass ein Großteil des Stroms durch den Stromverstärkungsfaktor als ganz normal Kollektor-Emitter-Strom durch den Transistor fließt. Hierbei handelt es sich nicht um einen Lawinendurchbruch, wodurch nur die normale Rekombination von Ladungsträgern erfolgt, die in Silizium bekanntermaßen kein sichtbares Licht abstrahlt. Nur ein sehr kleiner Teil des Strom fließt als Lawinendurchbruch durch die Kollektor-Basis-Fläche, wo entsprechen nur ein verschwindender Lichtstrom erzeugt wird.

 

2N2857 Die EOS

Schließt man Basis und Emitter kurz, so erfolgt der Durchbruch der Kollektor-Emitter-Strecke erst bei höheren Spannungen. Das sollte hier nachgestellt werden. Was genau dabei vorgefallen ist lässt sich nicht mehr nachvollziehen, auf jeden Fall endete es in einem massiven EOS-Schaden (Electrical OverStress).

 

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