Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Энергетическаядиаграмма резкого изотипного п-п-гетероперехода приведена2.19.на рис.Для резких п-п-гетеропереходов, по аналогии срезультатами эмиссионной теории для диодов на основе пе­рехода металл-полупроводник (см. п.2.6),БАХ может бытьописана следующей формулой (при условии <rп 1I= А1где И =х (kT /2«<pD2):exp(-q<pD2/(kT))[exp(qU 2 /(kT)) -exp(qU 1 /(kT))],И1t)И2 -т; 112 ; Х-приложенное напряжение; А 1 =«SqNд 2хкоэффициент пропускания электронов черезповерхность раздела; т;скольку И 1(2.39)-эффективная масса электрона.

По­И 2 , выражение(2.39)можно упростить. В резуль­тате получимI =А1exp(-q<pD2/(kT))[exp(qU 2 /(kT))-1].(2.40)Для описания имеющегося рассогласования эксперименталь­ных и расчетных данных для некоторых типов изотипных пе--гГлаваЕ2.Контактные явления в полупроводникахЕвак-----......,_\q(Ф)\.q<j)lЕп1ЕФ1-ЛЕ.169qx1qx2q<j)D2ЛЕПq<P2Еп2-ЕФ2Е.1ЛЕ.2ЛЕ.-------'--Е.211хРис.2.19реходов используются диффузионная модель, модель двойногодиода Шоттки и туннельные модели.Б случае, когда электронная составляющая полного тока яв­ляетсяпреобладающей,БАХп-п-гетеропереходов подобныБАХ системы из двух диодов Шоттки, соединенных последова­тельно на:встречу друг другу.Длямногихгетеропереходов,например(n)Ge-(n)GaAs,прямые ветви БАХ могут быть описаны выражением типа-ехр(qU /11kT)(модификация формулы(2.40),где11 -I -величи­на, близкая к единице).

Для других случаев, в частности для пе­реходовGe-Si,более подходящей является модель, представ­ляющая гетеропереход в виде двух барьеров Шоттки, включен­ных навстречу друг другу. Эта модель объясняет, например,насыщение тока, наблюдающееся в переходах(n)Ge-(n)Siпринекоторых уровнях легирования как германия, так и кремния(рис.2.20).На рис.2.20представлены равновесные диаграммыэнергетических зон и БАХ трех гетеропереходов(n)Ge-(n)Siсразличной концентрацией примеси. Для других разновидностейизотипных гетеропереходов БАХ имеют часто свои особенности.БФХ таких приборов при Nд 1талл- полупроводникнием [40]qE NС= s[~]1/2» Nд 2 аналогично контакту ме­приближенно можно описать выраже­(Ф- U)-112,(2.41)Раздел701.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫI,мА4-0,4Si ..../'Geи.в0,4и.в-4а)-0,4I,мА1,2 ·l~:~~~~~~:~м-3~б)i,мА0,45 · 1019см- ~,5 · 10 см-з_...._....._~__,__.__ _316-0,4-----~------~0,4и.в-0,4в)Рис.2.20из которого следует, что зависимость с- 2= f(U)линейна, каки для анизотипного перехода.Ge-GaAsГетеропереходыютсяпочтиточнымотлича-согласованиемре­шеток, поэтому они хороши для провер­ки различных теоретических моделей.Зависимость с-2= f(U)для такого типапереходов является линейной, и кон­тактная разность потенциалов Ф (пере­сечение характеристики с осью абсцисс)равна 0,48 В для п-п-гетероперехода(n)Ge-(n)GaAs и 0,37 В - для (p)Ge(p)GaAs.

Аналогичная зависимость ре­ализуется для многих изотипных пере­-5 -4 -3 -2 -1Рис.о2.211и, входов,в частности(n)InP-(n)GaAsдля(рис.гетероперехода2.21),у которого71Глава З. Полупроводниковые диодывеличина Ф больше, чем в предыдущем случа'е, поскольку шириназапрещенной зоныпрещенной зоныInP (0,18 эВ) существенно меньше ширины за­Ge (О, 72 эВ). Гетеропереходы широко исполь­зуются в полупроводниковых приборах, в частности в светодиодах(п.16.3), полупроводниковых лазерах (гл. 21) и др.-0--------1 Контрольные допросы!1-- - - - - - - -1.2.Виды электрических переходов и их характеристики.Каковы физические процессы в равновесном переходе? Фор­мирование обедненной области и барьерной емкости р-п-пе­рехода.3.Объясните процессы в р-п-переходе при прямом и обрат­ном смещении: инжекция, экстракция неосновных носите­лей.4.Каковы ВАХ идеализированного р-п-перехода. В чем со­стоит идеализация ВАХ? БАХ реального р-п-перехода.Каковы физические механизмы пробоя р-п-перехода?5.6.7.ВФХ и эквивалентная схемар-п-перехода.Переходные процессы вр-п-переходе.Контакт металл-полупроводник (энергетические диаг­раммы и ВАХ; ее отличие от ВАХр-п-перехода).8.9.Виды гетеропереходов и их энергетические диаграммы.БАХ и ВФХ изотипных и анизотипных гетеропереходов.Глада З11-.------'---ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ3.1.

Общие сведенияи классификация диодовКлассификация полупроводниковых диодов. Полупроводнико­вые диоды относятся к электропреобразовательным приборам сдвумя выводами. Несмотря на большое разнообразие и широ­кую номенклатуру диодов,проводниксоднимосновная масса их содержит полу­электрическимпереходомиомическимиРаздел721.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫконтактами к областям полупроводника, формирующим этотпереход.

К диодам, которые не имеют электрического перехода,относятся диоды на основе эффекта Ганна. Некоторые типы по­лупроводниковых приборов имеют два, три и более переходов,например р-i-п-диоды, диодные тиристоры и др. (гл.5).В качест­ве выпрямляющих переходов в полупроводниковых диодах при­меняются электронно-дырочные переходы,контакт металл-полупроводник и гетеропереходы. В диодах с р-п-переходомимеются два омических контакта, а в диодах на основе металлполупроводник--один омический переход.Обычно полупроводниковые диоды выполняются с исполь­зованием несимметричного р+-п-перехода или перехода ме­талл-полупроводник. Слаболегированная область диода наоснове р+-п-перехода, в которую преимущественно осуществ­ляется инжекция носителей зарядов из сильнолегированной об­ласти, называется базой диода, а сильнолегированная об,z:rастьявляется эмиттером.Рассмотренные в гл.2физические процессы в электриче­ских переходах присутствуют в основной массе диодов, поэто­му, несмотря на разнообразие марок и типов, в основе их лежатодни те же физические явления.Классификация современных полупроводниковых диодов осу­ществляется в соответствии с их назначением,физическимисвойствами, основными электрическими параметрами, конст­руктивно-технологическимипризнаками,исходнымполупро­водниковым материалом и т.

д., Что находит отражение в систе­ме условных обозначений диодов. В основу маркировки диодовположен буквенно-цифровой код, отражающий информацию обисходном полупроводниковом материале, подклассе прибора,его назначении, порядковом номере разработки. У славные обо­значения включают также классификационные признаки попараметрам, конструктивным особенностям и т. д.В зависимости от типа полупроводникового материала раз­личают кремниевые, германиевые, арсенид-галлиевые, селено­вые и карбид-кремниевые диоды. Большинство диодов выпол­няется из кремния. Кремниевые диоды имеют большие значе­ния максимальной рабочей температуры(125 ... 150 °С)и малыйобратный ток. Арсенид-галлиевые диоды обладают лучшимипараметрами по сравнению с кремниевыми, но имеют болеесложную технологию изготовления.Глава3.73Полупроводниковые диодыВ соответствии с конструктивно-технологическими особен­ностями изготавливают плоскостные,точечные имикросплавныедиоды.По выполняемым функциям различают выпрямительные, им­пульсные, преобразовательные, переключательные, детекrорные ди­оды, стабилитроны, варикапы и параметрические диоды, светодиоды,полупроводниковые лазерные диоды, фотодиоды и др.

У некоторыхдиодов в названии отображаются основные физические процес­сы в переходе, например туннельный диод, лавинно-пролетный ди­од, или характер преобразования энергии сигнала, напримерсветодиод, фотодиод (гл.16),и т. д ..Классификацию отдельных подклассов диодов проводят в за­висимости от диапазона рабочих частот-низкочастотные, высо­кочастотные, сверхвысокочастотные (СВЧ).Диоды различного назначения отличаются структурой, пло­щадью и формой перехода (плоский, точечный, полусфериче­ский и др.), распределением концентрации примесей (ступенча­тое, линейное и др.), режимами работы перехода, конструкциейкорпуса, системой справочных параметров ..Конструкция корпуса низкочастотных мощных (силовых) вы­прямительных диодов является массивной для обеспечения хоро­шего теплоотвода. Высокочастотные диоды имеют миниатюрныепластмассовые или стеклянные корпуса.

Конструкri,ия корпусаСВЧ-диодов приспособлена для размещения их в волноводныхтрактах. В гибридных интегральных схемах и микросборках при­меняются бескорпусные диоды.Система параметров диодов. Система параметров диодов вклю­чает большое число наименований. Параметры диодов подразде­ляются на предельно допустимые, минимально и (или) макси­мально допустимые и рабочие (характеризующие).По,µ; предельными эксплуатационными параметрами пони­маютсямаксимальнодопустимыезначениятоков,напряже­ний, рассеиваемых мощностей, температур и других парамет­ров, при которых гарантируется работоспособность диода.

Пре­вышение указанных значений приводит к выходу прибора изстроя или возможному его повреждению. Допустимые значенияпараметров определяют удовлетворнтельную работу прибора.Предельно допустимые значения параметров нельзя измерить,их можно проверять на основе опытов, испытаний (иногда раз­рушающих) или путем расчетов.Раздел741.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫРабочее (характеризующее) значение параметра отражает оп­ределенное свойство прибора. В качестве таких параметров мо­гут выступать электрические, тепловые, механические и другиевеличины. Рабочие значения параметров моЖно непосредствен­но измерить.Многие приборы являются элементами полупроводниковыхинтегральныхсхем,т.

е.онинеявляютсясамостоятельнымиизделиями. Для таких диодов важны только физические про­цессы и электрические параметры, связанные со структурой,например тепловой ток перехода, барьерные емкости, сопротив­ление базы, время жизни носителей и т. д. Диоды интеграль­ных схем с использованием р-п-переходов,как правило,вы­полняются на основе биполярных транзисторов, а диоды с ис­пользованием контакта металл-полупроводник совмещены странзисторами в единую структуру (гл.7).Технология создания полупроводниковых приборов и интеграль­ных схем. Для создания электрических переходов диодов и дру­гих полупроводниковых структур и полупроводниковых прибо­ров с необходимыми электрическими параметрами используют­ся различные технологические методы. К наиболее важным изних относятся: диффузия примесей, ионное легирование, зпитаксия,вплавление, локальная диффузия и ряд других физико-технологи­ческих приемов.Технологический прием вплавЛение реализуется следующимобразом.

На очищенную поверхность полупроводниковой плас­тины с определенным типом проводимости (обычно п-типа) поме­щается таблетка или тонкая проволока металлического матери­ала (часто акцепторного типа, например, алюминия/при исполь­зовании кремния). При нагреве до температуры900".1000 Калюминий плавится и растворяет прилегающий слой кремния,температура плавления которого выше. В результате рекристал­лизации у поверхности пластины образуется слой кремния(Si)р-типа, насыщенный алюминием. Недостатками этого метода яв­ляются плохая воспроизводимость параметров из-за неконтроли­руемости процесса и низкие рабочие токи из-за невысокого про­бивного напряжения для микросплавных диодов.

Характеристики

Список файлов книги