Der SF137 war 1967 der erste im Halbleiterwerk Frankfurt Oder produzierte Silizium-Epitaxial-Planar-Transistor. Die Eigenschaften waren gut genug, um ihn als Hochfrequenztransistor bezeichnen zu können. Die maximale Sperrspannung liegt bei 20V, der Kollektorstrom darf bis zu 200mA betragen. Die Grenzfrequenz gibt das Datenblatt mit mindestens 300MHz an.
Die Stromverstärkung des SF137 bewegt sich in einem extrem großen Bereich, der in sechs Qualitätsstufen unterteilt wurde. Der Buchstabe am Ende der Bezeichnung, hier ein C, gibt die Sortierung an. Die vielen verschiedenen Typen des SF137 wurden eingeführt, weil man eine möglichst hohe Ausbeute erreichen wollte. Ab dem Jahr 1970 fielen dann fast nur noch die Typen D und E an.
LM ist der Datecode und verweist auf eine Fertigung im September 1972.
Das Die hat eine Kantenlänge von ungefähr 0,49mm. Es muss sich bereits um ein überarbeitetes Design handeln, da die ursprünglichen SF137 eine Fläche von 1mm² einnahmen.
Die Strukturen sind denen des SS109 ähnlich: In der Mitte befindet sich ein runder Emitter in einer rundlichen Basisfläche, die so zur Seite verlängert wurde, dass dort die Kontaktierung mit einem Bonddraht erfolgen konnte. Der Rest des Substrats stellt den Kollektor dar. Das Symbol in der linken unteren Ecke ermöglicht es die Ausrichtung der Masken zu überprüfen.
Wie im Rahmen des Thomson Semiconducteurs BUX22 beschrieben, kann man mit einer Infrarotaufnahme sichtbar machen, wo in einem Halbleiter Ladungen rekombinieren.
Bei den obigen Bildern fließt ein Basis-Emitter-Strom von 30mA, während der Kollektor-Emitter-Strom von oben nach unten von 0A auf 0,1A und schließlich auf 0,2A erhöht wird. Ohne Kollektorstrom tritt ein Großteil des Leuchteffekts im Basisbereich auf. Bei genauer Betrachtung kann man erahnen, dass der Emitterbereich weniger hell ist. Mit steigendem Kollektorstrom verlagert sich die Leuchterscheinung zum Emitter hin, während der Basisbereich dunkler wird.
Das obige Bild stammt aus der IEEE-Veröffentlichung "Multi-dimensional current flow in silicon power transistors operating in the saturation mode" von R. A. Sunshine und wurde hier nachkoloriert. Das Dokument erklärt die Hintergründe der verschiedenen Leuchterscheinungen. Wichtig ist dabei zu verstehen, dass sich in einem normalen Bipolartransistor neben dem eigentlichen Transistor eine parasitäre Diode befindet. Sie bildet sich zwischen Basis und Kollektor.
Man könnte meinen, dass ein Basis-Emitter-Strom den kürzesten Weg von der Basis in den Emitter wählen würde. Solange kein allzu hoher Kollektorstrom fließt, ist der dominante Strompfad aber ein völlig anderer. Der spezielle Aufbau eines Bipolartransistors mit seiner sehr dünnen Basisschicht sorgt dafür, dass ein Großteil der Elektronen (türkis), die den Emitter verlassen, den Basisbereich durchqueren und zuerst einmal im Kollektor ankommen. Für die positiven Ladungsträger (lila) ist der Weg zum Kollektor in den meisten Fällen attraktiver als der Weg zum Emitter. Der Basis-Strom fließt folglich zuerst in den Kollektor und von dort zum Emitter.
Abgesehen von vereinzelten Rekombinationseffekten unter dem Emitter, erfolgt ein Großteil der Rekombination unter dem Basisanschluss, wo sich der entsprechende Leuchteffekt einstellt.
Das hier nachträglich eingefärbte Bild stammt ebenfalls aus der obigen IEEE-Veröffentlichung und zeigt die Ladungsbewegungen mit steigendem Kollektorstrom. Je mehr Elektronen aus dem Emitter zum Kollektor fließen und dort den Transistor verlassen, desto weniger Elektronen fließen aus dem Kollektor zurück zum Basisanschluss. Stattdessen fließen die positiven Ladungsträger in den Basisbereich unter dem Emitter und sorgen dort für die notwendige Aussteuerung des Transistors. Die Rekombination und der zugehörige Leuchteffekt verschiebt sich entsprechend ebenfalls in den Emitterbereich.
Ein Vergleich bei verschiedenen Basis-Emitter- und Kollektor-Emitter-Strömen ist schwierig, da die Lichtstärke sehr gering ist und das Kamerasystem im Infrarotbereich nicht besonders effizient arbeitet. Gewisse Tendenzen kann man aber ganz gut erkennen.
Solange kein Kollektor-Emitter-Strom fließt, erhöht sich die Leuchtdichte im Basisbereich mit steigendem Basis-Emitter-Strom. Die leuchtende Fläche scheint sich auch minimal zu vergrößern. Der Emitterbereich bleibt dabei immer etwas dunkler. Mit steigendem Kollektorstrom konzentriert sich der Leuchteffekt im Emitterbereich und der Basisbereich wird dunkler. Wobei der Basisbereich bei hohen Basis-Emitter-Strömen nie vollständig dunkel wird.
Die Kombination eines kleinen Basis-Emitter-Stroms mit einem sehr großen Kollektor-Emitter-Strom sticht heraus, da der Emitterbereich dort deutlich heller ist als bei den mittleren Basisströmen. Hier wird der Transistor in Sättigung betrieben. Das sorgt für eine maximale Konzentration des Rekombinationsbereichs. Nicht nur dass die Rekombination dort vollständig im Emitterbereich erfolgt, sie beschränkt sich zusätzlich auf den Rand der Emitterfläche, was die Leuchtdichte dort weiter erhöht.
