И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Поэтому с увеличением обратного напряжения увеличивается не только высота потенциального барьера, но и толщина за- пирающего слоя (к(м~в > к(). Этот слой еше сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т. е. К„„ ~ й„к Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным.

Это объясняется тем, что число неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает и обратный ток увеличивается, а обратное сопротивление уменьшается. Рассмотрим подробнее, как устанавливается обратный ток при включении обратного напряжения.

Сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей. Электроны в и-области движутся по направлению к положительному полюсу источника, т. е. удаляются от и — р-перехода. А в р-области, удаляясь от и-р-перехода, движутся дырки. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника. Поскольку из и-области уходят электроны, она заряжается положительно, так как в ней остаются положительно заряженные атомы донорной примеси. Подобно этому р-область заряжается отрицательно, так как ее дырки заполняются приходящими электронами и в ней остаются отрицательно заряженные атомы акцепторной примеси.

Рассмотренное движение основных носителей в противоположные стороны продолжается лишь малый промежуток времени. Такой кратковременный ток подобен зарядному току конденсатора. По обе стороны а-р-перехода возникают два разноименных объемных заряда, и вся система становится аналогичной заряженному конденсатору с диэлектриком, в котором имеется значительный ток утечки (его роль играет обратный ток). Но ток утечки конденсатора в соответствии с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток п — р-перехода сравнительно мало зависит от напряжения. 2.4. ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ— ПОЛУПРОВОДНИК В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником.

Процессы в таких переходах зависят от так называемой работы выхода электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела. Рассмотрим процессы в различных металлополупроводниковых переходах (рис. 2.5).

Если в контакте металла с полупроводником н-типа (рис. 2.5,а) работа выхода электронов из металла А„меньше, чем работа выхода из полупроводника А„, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т. е. в нем увеличивается концентрация электронов.

Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход пип яп Аппди "в<ям Рнс. 2.5, Контакт металла (йг) с полупровод ником не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыирямпяюи)им ~омическим) контактом. Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником р-типа (рис. 2.5,б), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла (А„< А ). В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление.

Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от я- и р-областей. Для этой цели подбираются соответствующие металлы. Иные свойства имеет переход, показанный на рис. 2.5,в. Если в контакте металла с пол)~проводником и-типа А„ < Апп то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление.

Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В, Шотки, и поэтому потенциальный барьер, возникающий в данном случае, называют барьером Шатки, а диоды с этим барьером — диодами Шатки. В диодах Шотки (в металле, куда приходит электроны из полупроводника) отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей, характерные для электроннодырочных переходов.

Поэтому диоды Шотки обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные лиоды, так как накопление и рассасывание зарядов — процессы инерционные, т. е. требуют времени. Аналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла с полупроводником типа р при А„< А„. 37 ГЛАВА ТРЕТЬЯ полунроводниковык диоды 38 3.1. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Для любого электрического прибора важна зависимость между током через прибор и приложенным напряжением. Зная эту зависимость, можно определить ток при заданном напряжении или, наоборот, напряжение, соответствующее заданному току. Если сопротивление прибора постоянно, не зависит от тока нли напряжения, то связь между током и напряженнем выражается законом Ома: 1 = и/и или 1 = би.

(3.1) Ток прямо пропорционален напряжению. Коэффициентом пропорциональности является проводимость б = 1/й. График зависимости между током и напряжением называется вальт-амнерной характеристикой данного прибора или просто характеристикой. Для прибора, подчиняющегося закону Ома, характеристикой является прямая линия, проходящая через начало координат (рнс. 3.1).

Чем больше сопротивление й, тем меньше проводимость б н тем меньше ток при данном напряжении. Поэтому для ббльших сопротивлений характеристика идет более полого. Сопротивление й связано с углом наклона а характеристики зависимостью Рис. 3.!. Вольт-амперная характеристика ли- нейного прибора й = и/1 = йсьяа, (3.2) где Й вЂ” коэффициент пропорциональности, учитывающий единицы величин, входящих в формулу, н масштаб, в котором значения величин отложены на осях. Иначе можно написать: б = 1/й = 1/и = Рьян, (3.3) где й'= 1/Е Заметим, что нельзя писать й = сея а или б=гйо., так как й и б — физические величины, имеющие определенную размерность и единицы для количественной оценки, а 1й и н сьй ее— тригонометрические функции, выражаемые только числом.

Кроме того, в зависимости от масштаба на осях угол и при данном й может быть различным. Приборы, принцип действия которых подчиняется'закону Ома, а вольт-амперная характеристика имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, называются линейными. Существуют также приборы, у которых сопротивление не постоянно, а зависит от напряжения или тока. Для таких приборов связь между током и напряжением выражается не законом Ома, а более сложным образом и вольтамперная характеристика . не является прямой линией, проходящей через начало координат.

Эти приборы называются не,шнейнвьми. Электронно-дырочный переход, по существу, представляет собой полупроводниковый диод. Нелинейные свойства диода видны при рассмотрении его вольтамперной характеристики. Пример такой характеристики для диода небольшой мощности дан на рис. 3.2. Она показывает, что прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении в десятые доли вольта.

Поэтому прямое сопротивление бывает обычно не выше нескольких десятков ом. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни миллиампер и Рис. 3.2. Вольт-выпернвя характеристика по- лупроводникового диода больше при том же малом напряжении, а Ввр соответственно снижается до единиц и долей ома. Характеристику для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе, что и сделано на рис.

3.2. Обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет единицы или десятки микроампер. Это соответствует сопротивлению несколько сотен килоом и больше. Так как и,вр ж и„р, то эти напряжения также отложены в разных масштабах. Вследствие различия в масштабах получился излом кривой в начале координат. При неизменном масштабе характеристика была бы плавной кривой, без и3лома. Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, так как при увеличении ивр сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идет со все боль. шей крутизной. Но при напряжении в десятые доли вольта запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление п- и р-областей, которое приближенно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становится почти линейной. Небольшая нелинейность здесь объясняется тем, что при увеличении тока п- и р-области нагреваются и от этого их сопротивление уменьшается.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро воз- растает. Это вызвано тем, что уже при небольшом обратном напряжении за счет повышения потенциального барьера в переходе резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу току проводимости. Следовательно, полный ток ),вр — — ) р — ) „ъ резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении обратного напряжения ток растет незначительно. Рост тока происходит вследствие нагрева перехода„ за счет утечки по поверхности, а также за счет лавинного размножения носителей заряда, т.

Характеристики

Список файлов книги