И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

Поэтому на диаграммах не показано изменение потенциала вдоль и- и робластей, т. е. их сопротивление принято равным нулю. Не показано также изменение потенциала в контактах облас- б) Рис. 2.2. Электронно-дырочпый переход прп прямом напряжении 33 тей и и р с электродами, к которым присоединены провода от источника напряжения.) Электрическое поле, создаваемое в л — р-переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Это показано на рисунке векторами Е, и Е„р. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т. е, высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как большее число носителей может преодолеть пониженный барьер.

Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как он зависит главным образом от числа неосновных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на и — р-переход из л- и р-областей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей л и р, то напряжение на переходе можно считать равным ил — и„р. Для сравнения на рис.

2.2,б штриховой линией повторена потенциальная диаграмма при отсутствии внешнего 'напряжения. Как известно, в этом случае токи (ль« и ь р равны и компенсируют друг друга. При прямом напряжении (л„«> > (, и поэтому полный ток через переход, т. е. прямой ток, уже не равен нулю: ьлв = (,„« — !лр > О. (2.1) Если барьер значительно понижен, то ь'„ч«» )„, и можно считать, что („р-(,„«, т.е. прямой ток в переходе является чисто диффузионным. Введение носителей заряда через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными, называется «наюекь(ней носителей заряда.

Слово «инжекция» означает «введение, впрыскивание». Применение термина «инжекция» необходимо для того, чтобы отличать данное явление от электронной эмиссии, в результате которой получаются свободные электроны в вакууме или разреженном газе.

Область полупроволникового прибора, из которой инжектируются носители, называется эми»этсрной обласньью или эмиттером. А об- 34 ласть, в которую инжектируются не- основные для этой области носители заряда, называется базовой облагньью или базой. Таким образом, если рассматривать инжекцию электронов, то л-область является эмитгером, а р-область — базой. Для инжекцни дырок, наоборот, эмиттером служит р-область, а базои — н-область.

Обычно концентрация примесей, а следовательно, и основных носителей в и- и р-областях весьма различна. Поэтому инжекция электронов из области с более высокой концентрацией основных носителей преобладает. Соответственно этому области и называют «змиттер» и «база». Например, если н„ » р„, то инжекция электронов из и-области в р-область значительно превосходит инжекцию дырок в обратном направлении. В данном случае эмнттером считают л-область, а базой — р-областгч так как инжекцией дырок можно пренебречь. При прямом напряжении не только понижается потенциальный барьер, но также уменьшается толщина запирающегоо слоя (И„р < Ы) и его сопротивление в прямом направлении становится малым (единицы — десятки ом).

Поскольку высота барьера и„при отсутствии внешнего напряжения составляет несколько десятых долей вольта, то для значительного понижения барьера и существснноьо уменьшения сопротивления запирающего слоя достаточно подвести к л — р-переходу такое же прямое напряжение (десятые доли вольта). Поэтому большой прямой ток можно получить при очень небольшом прямом напряжении. Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожить потенциальный барьер в и — р-переходе. Тогда сопротивление перехода, т.е. запирающего слоя, станет близким к нулю и им можно будет пренебречь.

Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления л- и р-области. Теперь уже этими сопротивлениями пренебрегать нельзя, так как именно они остаются в цепи и определяют силу тока. Поясним это числовым примером. Пусть в некотором диоде при прямом напряжении, близком к нулю, сопротивление запирающего слоя равно 200 Ом, а сопротивление и- и р-областей — по 5 Ом. Ясно, что в этом случае полное сопротивление диода составляет 200 + 2 5 = 210 Ом, т. е. примерно равно сопротивлению самого и — р-перехода (200 Ом). А если при некотором прямом напряжении барьер исчезает н сопротивление перехода становится 0,5 Ом, то полное сопротивление, равное теперь 0,5 + 2 5 = 10,5 Ом, можно приближенно считать состоящим только из двух сопротивлений по 5 Ом, т.

е. допустимо пренебречь сопротивлением перехода. Рассмотрим еще характер прямого тока в разных частях цепи (рис. 2.2,а). Электроны из л-области движутся через переход в р-область, а навстречу им из р-области в и-область перемещаются дырки, т. е. через переход протекают два тока: электронный и дырочный. Во внешних проводниках, конечно, движутся только электроны. Они перемещаются в направлении от минуса источника к и- области и компенсируют убыль электронов, диффундирующих через переход в р-область.

А из р-области электроны уходит по направлению к плюсу источника, и тогда в этой области образуются новые дырки. Такой процесс происходит непрерывно, и, следовательно, непрерывно протекает прямой ток. У левого края области и электронный ток имеет наибольшее значение. По мере приближения к переходу этот ток уменьшается, так как все большее число электронов рекомбннирует с дырками, движущимися через переход навстречу электронам, а дырочный ток 1, наоборот, увеличивается. Полный прямой ток г„р в любом сечении, конечно, один и тот же: грр — — г„+ гр — — сопя!.

(2.2) Это следует из основного закона последовательной электрической цепи: во всех частях такой цепи ток всегда одинаков. Так как толщина перехода очень мала и он обеднен носителями, то в нем рекомбинирует мало носителей и ток здесь не изменяется. А далее электроны, инжектированные в р-область, рекомбинируют с дырками.

Поэтому по мере удаления от перехода вправо в р-области ток г„продолжает уменьшаться, а ток гр увеличивается. У правого края р-области ток г„наименьший, а ток гр наибольший. На рис. 2.3 показано изменение этих токов вдоль осн Рнс. 2.3. Распределение электронного я ды- рочного тока в гг-р-переходе х для случая, когда ток г„ преобладает над током гр, вследствие того что и„ > р„ и подвижность электронов больше подвижности дырок.

Конечно, при прямом напряжении кроме диффузионного тока есть еще ток дрейфа, вызванный движением неосновных носителей. Но если он очень мал, то его можно не принимать во внимание. 2.3. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД ПРИ ОБРАТНОМ НАПРЯЖЕНИИ Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к области и, а отрицательным — к области р (рис. 2.4, а).

Под действием такого оорипгного яапряясеяия и,ер через переход протекает очень небольшой обратный гпок г',ер, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 2.4,а это показывают одинаковые направления векторов Е„н Е„ьр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна и„+ н„ер (рнс.

2.4, б). Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носите- а) Рнс. 2.4. Электронно-лырочный переход прн обратном напряжении лей через переход прекращается, т. е. (, в — — О, так как собственные скорости носителей недостаточны для преодоления барьера. А ток проводимости остается почти неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадающих на и — р-переход из и- и р-областей. Выведение неосновных носителей через а -р-переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носиквелей заряда (слово «экстракция» означает «выдергиванне, извлечение»). Таким образом, обратный ток (,г„ представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей.

Обратный ток получается очень небольшим, так как неосновных носителей мало и, кроме того, сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико. Действительно, при повышении обратного напряжения поле в месте перехода становится сильнее и под действием этого поля больше основных носителей «выталкивается» из пограничных слоев в глубь и- и р-областей.

Характеристики

Список файлов книги