Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

ИнтегрируяЛрп(х) (п.2.2)для толстой базыW6»LPдиффузионная длина для дырок), получим(2.27)где 'tэФэффективное время жизни неосновных носителей (ды­-рок в п-области), зависящее от скорости рекомбинации (в дан­ном случае 'tэФ;:::; 'tp).Для тонкой базы(W6«LP) и малого переменного сигнала нанизких частотах диффузионная емкость определяете.я следую­щим выражением(2.28)При И» <!'т диффузионная емкость равна{2.29)где токIприблизительно равен току инжекции, что для крем­ниевого перехода справедливо при И>0,4 ... 0,5В. Диффузион-Глава2.53Контактные явления в nолуnроводникахная емкость при И>0,4 ... 0,5ВС,пФзначительно превышает барьер­ную, для И< 0,4 ...

0,5 В,20наобо­рот, барьерная емкость большедиффузионной (рис.Длядиффузии2.9).неосновных10носителей через базу и установ­лениязаряданеосновныхно­сителей в общем случае необхо­димо время порядка 'tэФ· На вы­соких частотах, когдадиффузионнаяro::::::емкость-0,8 -0,44/'tэФ'оРис.умень-0,4И/r.рт2.9шается с ростом частоты, и приro »4/'tэФ она стремится к нулю, поскольку в течение малого пе-риода т=27tro«напряжением и'tэф заряд не успевает изменяться синхронно сdQP/dU=О.Эквивалентная схема р-n-перехода. Для многих практическихприменений при разработке электронных схем необходимо ана­литическое описание полупроводниковых приборов, когда самиприборы заменяются электрическими моделями. Наиболее рас­пространенным способом моделирования прибора является егоэквивалентная электронная схема, представляющая прибор ввиде соединения простейших элементов: резисторов, конденса­торов, индуктивностей, идеализированных диодов и т. п. Пара­метры указанных элементов и их взаимосвязь на постоянном ипеременном токе определяются различными соотношениями.

То­ки и напряжения на внешних выводах вычисляются из эквива­лентной схемы методом теории цепей.Наиболее общей является модель длябольшого сигнала, которая пригодна длятоков и напряжений, изменяющихся в лю­VDбых пределах, т. е. когда связь между ниминелинейна. На рис.2.10приведена эквива­лентная схемар-п-перехода (диода), кото­рая является одной из наиболее распрост­раненных. На этом рисунке диодVDмо­делирует идеализированный р-п-переход,r6-объемное сопротивление базы,учитываеттоктермогенерацииR 06Pв р-п-пе-Рис.2.10Раздел541.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫреходе и ток утечки:. Поскольку в общем случае эти токи за­висят от напряжения нелинейно, тоR 06Pявляется функциейобратного напряжения и для ее задания необходима определен­ная аппроксимация и дополнительные параметры. Для прак­тических целей часто используютR 06P в виде постоянного резис­тора, что соответствует линейной аппроксимации обратной вет­ви БАХ в заданном диапазоне изменения И06 Р.

Поскольку ре­зисторR 06 Pимеет большую величину, то при прямых смещени­ях он практически не влияет на ток, и его можно не учитывать.Описанная модель не учитывает эффект модуляции сопро­тивления базы, ток рекомбинации, пробой, частотную зависи­мость Сдиф и ряд других явлений. Для учета этих особенностейреального р-п-перехода требуются более сложные модели.2.5.Переходные процессы в р-n-переходеПри использовании диодов (р-п-переходов) в качестве пере­ключателей и в различных импульсных схемах требуется, что­бы время перехода от прямого смещения к обратному было повозможностималым,т.

е.временныеинтервалыпереходныхпроцессов должны быть минимальными. Процессы установле­ния напряжения или тока в р-п-переходе при воз.действии им­пульсных сигналов называются переходными процессами.ПереходнЬl:е процессы в р-п-переходе связаны в основном сдвумя явлениями:1) накоплением неосновных носителей в базе р-п-переходапри его прямом включении и их рассасыванием при снятииили уменьшении напряжения;2) перезарядкой барьерной емкости.Движение неосновных носителей в базе носит преимущест­венно диффузионный характер и в силу этого происходит доста­точно медленно, поэтому накопление носителей в базе и их рас­сасывание влияет на инерционные свойства р-п-переходов врежиме переключения.При больших плотностях тока через переход основную рольиграет накопление неосновных носителей, и· перезарядкойбарьерной емкости можно пренебречь.Для малых плотностей тока импульсные процессы в перехо-·де определяются в основном перезарядкой барьерной емкости.Глава--I(t)R2.55Контактные явления в полупроводниках,,р-п-nереходг--------111CIVDИг111: U(t)11tt2Иг2111L _________ JРис.tl1112.11а)IгПараметры внешней электриче­ской цепи также могут существенноизменитьвременн:Ы:е"напряжения и тока, характеризую­щиеимпульсныепроцессыв1пере­:ходе.t2tlJобр макс1процессвключения1ной на рис.2.11.подаетсяр---'n-переходаположительной2.12,Когда на вход схе­импульс11ипR»r61111в)I Г1 =- Ип)/R (рис.

2.12, б), где Ип -реходногоипиз­падение напряжения на переходе. Ес­»1ли 11Ип(t)менится скачком до величиныли Иг 1 (t)1а) в момент времени t1'то ток через переход при= (Ип11напряженияполярности1б)1в простейшей схеме, представлен­(рис.tз t41Рассмотрим сначала переходноймыIг1зависимостиИп, то токпроцессаIипмаксипв течение пе-практическинеизменится и будет равен Iп = Иг 1 /R.11В этом случае внешняя цепь (генера­тор, сопротивление1.jт1Jт21"R) по отношениюк переходу является источником то­ка. Форма прямого тока будет повто­г)рщ:ъ форму положительного импуль­Рис.2.12са напряжения.При малом прямом токе можнопренебречь падением напряжения на сопротивлении базы, и на­пряжение на переходе Ип плавно и монотонно увеличивается помере заряда барьерной емкости (рис.2.12,в).Раздел561.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫПри малых токах диффузионная емкость заметно меньшебарьерной и ею можно пренебречь в течение переходного про­цесса.При больших прямых токах и высоком уровне инжекции не­обходимо учитывать падение напряжения на сопротивлении ба­зы и модуляцию этого сопротивления.

В этом случае в моментпроисходит скачок напряжения()U 1 =t1Iг 1 r6 • По мере зарядабарьерной емкости увеличивается напряжение на р-п-перехо­де и общее напряжение достигает значения Ипмакс = Ип(рис.2.12,+ Iгir6г). Из-за большого тока Iг 1 этот процесс происходитза очень малое время, т. е. можно считать, что напряжение из­меняется от О до И п макс скачком.

Влияние диффузионной емкос­ти при быстрых изменениях напряжений и токов пренебрежи­мо мало. "Уменьшение напряжения относительно Ипмащ:: со вре­менем обусловлено постепенным уменьшением сопротивлениябазы (модуляция сопротивления базы) по мере накопления вней инжектированных носителей. Процессы установления пря­мого напряжения происходят за время порядка эффективноговремени жизни неосновных носителей в базе.Рассмотрим теперь процессы, происходящие при переключе­нии перехода, когда в момент времениt2напряжение генерато­ра скачком изменяется с прямого на обратное. В результате это­го происходит резкое изменение тока на величину ЛI = (И Г1+1Иг 2 1)/R.

При t 3 >ток I06р.макс=t+> t 2 черезр-п-переход протекает обратныйИг 2 /R (см. рис.2.12,б), который много большетеплового тока и тока термогенерации. Этот ток вызван движе­нием избыточных неосновных носителей, накопленных в базе завремя существования положительного прямого напряжения напереходе (за время протекания прямого токаt=t2-t 1).Скачкутока ЛI соответствует скачок напряжения ЛИ= Лlr6 (см.

рис.2.12,в). Весь переходной процесс при переключении напряже­ния с прямого на обратное обычно разделяется на две стадии.Первая стадия при t 3> t> t 2 характеризуется высокой обрат­ной проводимостью, обусловленной наличием в базе. у границыперехода избыточной концентрации неосновных носителей. Об­ратный ток при И г 2>>Ип постоянен и имеет большое значение.В рассматриваемом временном интервале происходит рассасы­вание накопленных в базе неосновных носителей за счет их пе­рехода в эмиттер и рекомбинации. Эти процессы иллюстриру-Главаются рис.2.где показано рас-2.13,57Контактные явления в полупроводникахPn(x)пределение концентрации дыро:нв базе в различные моменты времени,приэтомполагается,чтотолщина базы wб много большедиффузионной длиныLP.Криваяраспределения дыро:н в базе приt < t2соответствует проте:наниюпостоянного прямого токараниченноголениемR.внешнимI г2 ,ог­В последующие момен-ты времени прихосопротив­Рис.2.13t 2 < t < t 3 из-за из-менения тока градиент концентрации .дырокdpn/dxизменяетt 3 на= Рпо• гдезнак на противоположный на границе перехода.

Характеристики

Список файлов книги