promel (Электроника учебник), страница 8

Возросший потенциальный барьер затрудняет вхождение через р-н-переход основных носителей заряда, вследшает стане чего диффузионный ток, создаваемый этими носителями, уменьЛрейфовый же ток, обусловленный концентрациями неос+вных носителей заряда по обе стороны перехода (е* р — — У р „+ он б хе ), можно считать неизменным (рис. 1.10, е). Одйако теперь ток в будет превышать диффузионный ток.

Через диод будет протекать в обратном направлении: Уп и нр (аппп !з ! и р г! гтлп 1 !4 О б р а т н а я в е т в ь вольт-амперной характеристики диод показана на рис. !.10, г. При неболыпих обратных напряжения (участок Π— 1) увеличение о б р а т н о г о т о к а иаблюдаетс за счет уменьшения диффузионной составляющей. При обратно напряжении, соответствующем точке г и большем, основные носи тели заряда не способны преодолеть потенциальный барьер, в связ с чем диффузионный ток равен нулю 11а Э!им объясняется отсутсгвие роста об ратного тока при увеличении обратног а! й и напряжения (участок характеристик !(==!и "т!'.! :" аппп левее точки 1).

Приведенная на рис. 1.10, в диа =выл!!,+.! грамма распределения концентраци" соответствует обратным напряжениям превышающим напряжение в точке 1 Она подтверждает неизменность обра р! г , ,! / ного тока н а рассматриваемом у частк ~а В отсутствие инжекции распреде ление копиек!раций носителей заряд р в прилегающих к р-п-переходу слоя р,л и и характеризуется уменьшением концен й! т — раций неосновных носителей есле и, и!' — л х, йн с!вие их ухода через р-п-переход, Н л границах р-и-перехода для неосновиы лр 4лр л носителей заряда действует ускоря щее поле р-п-перехода, вследствие чег их концентрация там равна кулю.

По скольку в прилегающих к р-п-перехо ду слоях полупроводник должен ос Рнс. !.!О. Полунроиоанн- таьа!ься электрически нейтральным уменьшение в них концентрации н е обратном направлении: основных носителей заряда вызыва а — спела вклюиенвп; 6 — по- аналогичное уменьшение концентрзци основных носителей заряда, Однак пение иаинеитранин йосптелен ввиду суп!ественпо большей концепт аврала: г — абратиап ветвь вольт-анпернон характеристики ранив основных носитЕлей заряда эт снижение слабо отражается иа их зи чениях (на рис.

1.10, в ие показано). Составляющие дрейфового тока (Хн р и !нрп) создаются неос повными носителями заряда (дырками й электронамн), диффуиди рующими к границам р-и-перехода из прилегающих к иим слоев Они определяются по градиентам конпентрации неосновных носи телей заряда на границах р-п-перехода, т, е. из условия их диффу зии в направлении перехода, и не зависят ог приложенного запря жеиия Уо, Обратный ток. создаваемый неосновными носителями заряда, зависит от их конценграций в р- и и-слоях, в также от рабочей по Полная вольт-амперная характеристика диода Полная вольт-амперная характеристика полупроводникового диода приведена на рис. 1.!1. От характеристики идеального диода (см, рис.

!.7, в) она отличается наличием некоторого падения напряжения на приборе при пропускании прямого тока и обратного тока в случае приложения обратного напряжения. Как известно, прямой ток диода ахвдается основными, а обратный — неосноеными носителями заряда, Концентрация основных иосип>елей заряда на несколько порядков прееьдиает концентрацшо неосновных носителей. Зтим и обусловливаются вентильные свойства р-п-перехода, а следовательно, е и диода. е Проведенному теоретическому анализу вольт-ампериой характеристики диода со~~~етствует ее запись в аналитической форме: Рис. 1.11 Идеалввв роваииая вольт-ан первая характеристи ка диода 7,= 7,(е т — !), (1.15) где 1 1> = з,(я — ток насыщения (тепловой ток), создаваемый неосиовиы ",р ь'ми носителями заряда; ерт — тепловой потенциал.

Ри П = 0 согласно соотношению (1.15) (в = О. В случае прин жеиия прямого напряжения ((7 = П,) О) в (!.15) единицей можно яебречь и зависимость 1а(Па) будет иметь экспоненцнальиый ности р-и-перехода. Эти>м объясняется тот факт, что в мощных верх! диод' дех, имеющих большУю площадь Р-п-пеРехода, обРатный ток боль льше, чем в маломощных. Поскольку концентрация неосновных яос!' сителей заРЯда Явлаетса фУнкцией темпеРатУРы кРисталла, об. рати гный ток диода также зависит от температуры. По этой причине братный ток иногда называют т е п л о в ы м. Увеличение обратного т ка с Ро том температУРы подчинаетса пРимеРно экспоненциальному закону.

Как известно, концентрация неосновных носителей заряда умень. шается с ростом ширинь! запрецренной зоны на энергетической диаграмме полупроводника. Ширина запрещенной зоны в кремни!! эВ) больше, чем в геРмании (0,72 эВ). В силУ этого обРатный ток в кремниевых диодах на несколько порядков меньше, чем в германиевых, и кремниевые диоды допускают эксплуатацию при более , окой температуре полупроводниковой структуры (135 — 140'С про. тив 50 — 60'С у германиевых диодов), Кроме того, кремниевые диоды применимы при более высоких обратных напряжениях, чем германиевые (2500 — 3500 В против наиб>ольших значений 500 — 600 В у германиевых диодов). характер.

В случае обратного напряжения ((/ = (/ь~ О) можно н Учитывать достаточно малУю величинУ е т/э/чт и тогда 1„= 1ь = — 1,. Учет дополнительных факторов, влияющих на вольт-амперную характеристику диода В проведенном анализе, позволяющем главным образом объяс нить принцип действия полупроводникового диода, не учитывалис некоторые факторы, отражающиеся на его реальной вольт-амперно характеристике.

На прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода оказы вает влияние объемное сопротивление слоев рп структуры (особенно при больших токах), уве личивающее падение напряжения Л(/, на дио — — де. В кремниевых диодах это влияние боле т я значительно, чем в германиевых, так как из-з т> меньшей подвижности носителей заряда удел ное сопротивление кремния выше. С учета падения напряжения в слоях в кремниевы диодах прн протекании прямого тока бк/„= 1 = 0,8 —: 1,2 В, а в германиевых Л(/„= 0,3: — О,б В. На обратную ветвь вольт-амперной харак теристики диода оказывают влияние т о у т е ч к и через поверхность р-и-перехода генерация носи гелей заряда которая является причиной возмо>кного про боя р-и-перехода.

Оба фактора приводят к тому, что обратна ветвь вольт-амперной характеристики диода принимает вид, пока ванный на рис. 1.12, Ток утечки связан линейной зависимостью с напряжением (/ь Он создается различными загрязнениями на внешней поверхност р-п-структуры, что повьппает поверхностную электрическую прово димость р-и-перехода и обратный ток через диод. Этв составляюща обратного тока обусловливает появление наклонного участка !в на характеристике диода (рис. 1,12).

Влияние генерации носителей заряда в р-и-переходе обычно ска зывается при повышенных обратных напряжениях. Оно проявля ется вначале в нарушении линейной зависимости изменения обратног тока от напряжения (/ь (участок 2 — 3), а затем в резком возрас танин обратного тока (участок 3 — б), характеризующем пробой р п-перехода. В зависимости от причин, вызывающих появление дополнитель ных носителей заряда в р-п-переходе, различают э л е к т р и ч е с кий пробой и тепловой пробой. Электрический про бой, в свою очередь, может быть лавинным или туннельным.

Рав смотрим эти виды пробоя. ЗО в и н и ы й и р о б о й обусловлен лавинным размножением Лава в Р-и-переходе в результате ударной ионизация атомов ыми носителями заряда. Он происходит следующим образом. быстрь' " Неосновн овные носители заряда, поступающие в рымпереход при дейобпатного напряжения, ускоряются полем и при движении в ствии о . галкиваются с атомами кристаллической решетки. При соот- нем стал ветству „. юшей напряженности электрического поля носители заряда прио Ре иобРетают энеРгию, достаточнУю длЯ отРыва валентных электРонов.

1-1 и этом обРазУютсп дополнительные паРы носителей заРЯда— электр лектроны и дырки, которые, ускоряясь полем, при столкновении с атома томами также создают дополнительные носители заряда. Описанный процесс носит лавинный характер. Лавинный пробой возникает в широких р-п.переходах, где при вижепии под действием электрического поля носители заряда, встре- чаясь с большим количеством атомов кристалла, в промежутке между столкновениями приобретают достаточную энергию для их иони- зация. В основе т у н и е л ь н о г о и р о б о я лежит непосредствен- ный отрыв валентных электронов от атомов кристаллической решет- ки под действием сильного электрического поля. Образующиеся прп этом дополнительные носители заряда (электроны и дырки) увели- чивают обратный ток через р-а-переход.

Туннельный пробой разви- вается в узких рпмпереходах, где при сравнительно небольшом об- ратном напряжении имеется высокая напряженность поля. Лавинный и туннельный пробои сопровождаются появлением почти вертикального участка 3 — 4 на обратной ветви вольт-амперной характеристики 1рис. 1.12). Причина этого заключается в том, что небольшое повышение напряжения на р-п-переходе вызывает более интенсивную генерацию в нем носителей заряда при лавинном или гуннельном пробое.

Оба эти вида пробоя являются обратимыми процессами, Это озна- чает, что они не приводят к повреждению диода и при снижении нап- Ряжения его свойства сохраняются. Т е и л о в о й п р о б о й возникает за счет интенсивной термоге- иерацин носителей в р-и-переходе при недопустимом повышении температуры. Процеса развивается лавинообразно и ввиду неоднородности Р и-перехода обычно носит локальный характер.