Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Уравнения имеют вид: ~~~50 Глава 2. р.п-первход Аналогично =156х10твсм э 1 (1,6 х 10 — '" х 4000) Используя уравнение (2.15), определим барьерный потенциал /'лТ 'т ЪВ = ( ) 1п (ттоттА/пт) Я нли Ъв = 00261п(1 04 х 1 56 х10эо/(1 5 х10м)э) = 0026 1п(1 62 х 10~/2 25) = 0 23 В, Из уравнения (2.18) ширина области обеднения ЪЪг + Ъ 1/2 где в = вг во = 16 х 8,85 х 10 м Ф/см = 141,6 х 10 4 Ф/см.
Таким образом, ЪЪг = ((2 х 141,6 х 10 м)/1,6 х х 10 тэ((1,04+ 1,56)/1,04 х 1,56 х 10~~1]~т~(0,23)~т~ 8 х 10 ' см = 0,8 мкм. Рис. 2.11. Диаграмма потенциальной энергии прямосмещенного перехода. При приложении напряжения Ъ' уровни Ферми смещаются и их разница равна 4Ъг эВ Ея Ен Энергия электрона + + + + + + + + + + + + + + + + + .~- + + + + + + + + + + + + Токи через прлмосмеиъенный р-и-переход В прямосмещенном р-п-переходе, как было показано вьппе, направление поля, созданного приложенным напряжением, направлено в противоположную сторону от поля р-пперехода, созданного потенциалом перехода Ъгн (см.
рис. 2.10, а). Как это поле действует на структуру зон потенциальных энергий р-пперехода, изображенного на рис. 2.9? Приложенное напряжение, противоположное Ъгн, уменьшает высоту потенциального барьера. Электроны проводимости из и-стороны диффундируют в р-сторону, дырки — из р- в и-сторону. В области обеднения появляются подвижные заряды и ширина ее уменьшается.
Уровни Ферми на сторонах перехода перестраиваются. Разница уровней Ферми в этом случае равняется величине приложенного напряжения Ъг, умноженной на о (рис. 2.11). ыр.~дрррД Онижение барьера вызывает диффузию большого числа основных носителей через переход. В отличие от несмещенного перехода ток дрейфа н диффузионный ток не равны между собой. Из рис. 2.12, б можно лучше понять, как течет ток через прямосмещенный переход (см. Рис. 2.12, а). Ранее упоминалось, что у большинства приборов легирование п- и р-сторон — ассиметричное. Например, в рассматриваемом случае, Мд» Фр, т. е.
у р-области намного больше концентрация примеси по сравнению с п-областью. Суммарный л ток Сила то Расстояние — +. а) Рис. 2.12. Прямосмещаппый р-и-переход (а); ток, переносимый дырками и элек- тронами, через прямосмащеппый р-п-персход, а котором )ул» Мо (б) Большой поток дырок диффундирует в п-область, так как прямое смещение снижает потенциал барьера перехода. Переходя в п-сторону, дырки встречаются с электронами и рекомбинируют. Вследствие этой рекомбинации величина дырочного тока экспоненциально снижается по мере отдаления от перехода.
В итоге концентрация дырок становится равной концентрации дырок, образованных за счет тепловой энергии в и-материале. В результате рекомбинации концентрация подвижных электронов в области рекомбинации тоже уменьшается, и, чтобы компенсировать это уменьшение, электроны под воздействием приложенного полл дрейфуют справа налево по направлению к переходу (рис. 2.12, б). Таким образом, ток электронов в и-стороне в большей степени будет током дрейфа. Небольшое число электронов способно пересечь переход " пеРейти на р-сторону, где онн, продолжая диффузию, рекомбнннруют с дырками.
Большое количество дырок дрейфует в направлении к области Рекомбинации. Следовательно, ток дырок на Р-стороне — частично дрейфовый, частично диффузионный, но он почти полностью диффузион"ый на п-стороне. Аналогично, ток электронов на и-стороне в большей степени дрейфовый, а на Р-стороне — диффузионный. Общий ток есть сумма токов электронов и дырок, как показано на рис. 2.12, б.
~~~52 Г ьаеа х. р-п-переход Токи через обрапьносльеп)еннььб переход В случае обратносмещенного перехода (рис. 2.13, а) полярность приложенного напряжения такова, что оно увеличивает высоту потенциального барьера р-и-перехода. Подвижные носители заряда по обе стороны перехода уходят прочь от него. Большое количество неподвижных зарядов остается нескомпенсированным, и область обеднения расширяется.
Это состояние с помощью энергетических зон проиллюстрировано на рис. 2.13, б. Уровни Ферми р- и и;сторон смещаются относительно друг друга на величину, эквивалентную приложенному обратному напряжению. В обратносмещенном переходе с повышенным потенциальным барьером основные носители заряда не могут диффундировать через переход и поэтому не вносят свой вклад в ток через переход. Ес Е~р Ес Ебь Ер Занятые энергетические уровни б) в) Рис. 2.13.
а) — обратносмещенный р-и-переход; 6) — Порожденные тепловой энергией электроны и дырки в обедненной области и вблизи нее создаьот «обратный ток насыщения» через обратносыещенный переход Неосновные электроны из р-области стремятся переместиться по потенциальному склону к гг-стороне.
А неосновные дырки из и-области стремятся подняться вверх (где энергия дырок меньше) к р-стороне. Следовательно, неосновные виды носителей создают ток в направлении справа налево, т. е. противоположном направлению прямого тока. Этот ток называется обратным током насыщения ь,. Увеличение обратного напряжения будет просто увеличивать высоту барьера, но оно не влияет на количество неосновных электронов и дырок, падающих по склону, следовательно, ь, слабо зависит от приложенного обратного напряжения.
Неосновные носители заряда, т. е. электроны на р-стороне и дырки на п-стороне, образуются в самом материале (включэя обедненный слой) за счет тепловой энергии. Однако неосновные носители, появившиеся вдали от перехода, имеют малую вероятность достичь перехода из-за большей вероятности рекомбинации. Чтобы проиллюстрировать это, допустим, что на р-стороне родилась пара электрон — дырка. Одна дополнительная дырка среди высокой концентрации дырок р-материала не даст никакого эффекта.
Й.б. В - р *р е Р..и и ДЗ А электрон, двигаясь по среде, полной дырок, с большой вероятностью рекомбинирует, чем достигнет перехода. Такая же судьба у дырок, порожденных вдали от перехода на р-стороне. Следовательно, только электроны и дырки, образовавшиеся вблизи или в зоне обеднения, могут внести вклад в обратный ток насыщения.
Рис. 2.14 иллюстрирует дрейф электронов и дырок в обратносмещенном р-п-переходе. Рнс. 2.14. Обратносмещенный переход (вверху), ток неосновных носителей (вннэу) Суммарный и - ток дрейфа ток Обратный ток насьпцения г, увеличивается с температурой так же, как увеличивается скорость генерации неосновных носителей. Приблизительно было подсчитано, что г, удваивается на каждые 10 градусов увеличения температуры. Это важно запомнить. Более подробно обратный ток насьпцения будет рассмотрен в следующем разделе. 2.6. Вольт-анперная характеристика р и-диода Соотношение между током диода с р-и-переходом и приложенным к нему напряжением выражается следующим уравнением: 1 = 1, ~ехр 1('к' — Ув) д/)сТ ) — 11 (2.19) "де хе — ток неосновных носителей, который можно выразить через паРаметры неосновных носителей полупроводника следующим образом": 1 = А ~арно (2.20) 'В вывод формулы (2.20) дан в работе (ц.
~~~~4 Г ьаеа 8. р-и-перевод ! (мд) о 0,4 0,8 Рис. 2.15. Свойства неосновных носи- телей заряда — дырок (на и-стороне) и злектронов (на р-стороне) Рис. 2.лб. Экспоненпиальный рост тока в прямосмещенном р-п-диоде. Покезано влияние температуры на ха- рактеристику При работе на более высоких температурах, в соответствии с уравнением [2.17), вольт-амперная характеристика сдвигается влево [рис. 2.16).
При обратном смещении перехода И в уравнении [2.19) отрицательно и для напряжений, больших [по абсолютному значению) 1 В, зкспоненциальный член уравнения становиться много меньше 1. Уравнение [2.19) принимает вид: (2.22) Здесь А — площадь поперечного сечения перехода, Рл — коэффициент диффузии дырок, ЬА — длина диффузии дырок, р„— равновесная концентрация дырок в и-полупроводнике и Р„Ь„рпо — соответствующие параметры электронов в р-полупроводнике [рис.
2.15). В уравнении (2.19) к' положительно для прямого смещения и отрицательно для обратного смещения. При температурах, близких к комнатным ( 300 К), когда ЙТ/9 = = 0,026 В, и приложенных напряжениях, превышающих Ъв, первый член в показателе экспоненты намного больше единицы. Тогда уравнение (2.19) можно переписать так: Е = 1, ехр[[$' — Ъ'ц)д(йТ) '. [2.21) Из этого уравнения следует, что сначала до определенных значениях приложенного напряжения прямой ток остается незначительным, затем при увеличении приложенного напряжения он растет экспоненциально. На рис.
2.16 приведен график зависимости тока от напряжения прямосмещенного р-и-перехода. Пороговое напряжение, после которого ток начинает расти экспоненциально, называется напряжением включения. Величина напряжения включения для германиевых приборов равна 0,2 В, для кремниевых — 0,6 В.
».7. Я»»»»д другими словами, обратный ток не зависит от приложенного напряжения и увеличивается до постоянной величины. К тому же выводу мы приходили, когда обсуждали обратный ток через энергетические зоны. Однако, в действительности, наблюдается небольшая зависимость обратного тока насыщения от напряжения. Это возникает из-за тока утечки, который зависит от напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
