Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Постройте вольтамперную характеристику, соответствующую написанному выше уравнению. На том же графике приведите типичную вольтамперную характеристику реального перехода и отметьте причины расхождения между этими кривыми. Рещение В отсутствие напряжения смещения и тока (условие равновесия) в р — и-переходе концентрация акцепторов Ю„в р-области обычно больше концентрации доноров Фе В р-области имеется высокая концентрация дырок р„и низкая концентрация элсктронов пм а в и-области — высокая концентрация электронов п„и низкая концентрация дырокры Электроны и дырки рекомбинируюг в области меттшлургического перехода, приводя « возникновению обедненного слоЯ толщиной Н'ш в котоРом нет свободных носите лей заряда.
Числа иоцизованных атомов примеси по обе стороны перехода равны меж дУ собой. ПУсзь И'„и Юл — толщины обедненного слоЯ в л- и Р-областЯх Если Р-область является сильнолегированной, то обедненный слой простирается в глубь п-области, т е. При прямом смещении )' и-область находится под отрицательным потенциалом относ" тельно р-области и потенциальный барьер снижается до величины г) И вЂ” Р). Таким о Разом, может диффундировать большее число дырок из р-области в и-область и боль шее число электронов из п-области в р-область. Напряжение смещения не оказывает влияния на движение неосновных носителей п„и п„гт.
е. на дрейфовые токи). Тол шина обедненного слоя уменьшается, и через переход идет большой ток. г43 х физика лолулРОВОДникОВых стРУктУР И тогда Л. =Р, . Р(-ОРУТ ля = л„ехр( — ур 1 /г7). (2.3.1) (2.8.2) Пусть р,, — общее число лырок в и-области при прямом смещении У, а Є— число ды- рок в условиях равновесия. Для р,, можно записать следующее выражение: Р,, = р,;ехр[ — О(<р — 1') ! /Т71. (2.8.3) Избыточная плотность дырок в и-области Ор(0) — Р,,— р„.
Следовательно, используя выражения (2.3.1) и (2.8.3), получаем ДР(0) — Є— Р„-- Р„ехР[ — г)ОЯ вЂ” 1') У 171 — Ря ехР( — Огэ( ЕТ) = = Ря ехР( — Од! ЕТ)[ехР(ОР ! А7) — 1). ОР(0) = Р„гехР[(О~Р ! 117) — 11. (2.8.4) Наличие этой избыточной концентрации дырок в области перехода приводит к диффузии дырок в глубь и-области. Плотность тока через переход, обусловленного этими дырками, равна . В(0) =- 00Р(т(бр ! Ых) при х = О. В р-области соответственно возникает избыточная концентрация электронов 5п(0); Ол(0) = пр [ехр(дга! хУ) — 1).
(2.8.5) В процессе диффузии концентрация носителей изменяется по закону: Ьр(х) = ЛР(0)ехр( — х l (т). (2.8.6) Дифференцируя это выра>кение поз, находим дар(х) ) Ых — — ЛР(0) ( ), ехр( — х! (т), откуда при х = 0 получаем П и обратном напряжении смещения 1' (и-область находится под положительным поПри ген нциалом относительно р-области) потенциальный барьер возрастает до величины а У). Толщина обедненного слоя увеличивается, и через переход может идти не- 4(т больщой ток. Таким образом, р — и-переход проявляет выпрямляющие своиства. -, и нулевом напряжении смещения концентрации неосновных носителей определяются При выражениями т(5р(х) ! т(х — — ЛР(0) ! (я. о"гветствующая плотность дырочного тока определяется выражением .В(0) = -д~( — Др(0) ( ~я) = ОПя~~р(0) ! )О).
П е ресбразуем выражение (2.8.7) к виду Лр(О) =.УО)(,„, д()я. По. дставив это выражение в (2.8.4), имеем ,/я(0) = ЧОТР„! (Л,[ехр(ОГ ! И)" 1). А па: и"логично получаем вырая<енне для плотности электронного тока ~„(О) -- ОТд„ля Т Т.„[е. р(Ли ~ я 7 ) — 1). (2.8.7) (2.8.8) Часть !1, Микроэлектроника 244 Общая плотность тока ! —,Уп(0) + ./„(О) Подставляя в это уравнение соответствующие выражения для плотностей дырочного и электронного тока, получаем э =- т)(ВпР„! 1„. дОплт, ! ~п) [ехР(т)Г! кТ) — 1) Полный ток Равен т б, где о .
площадь границы перехода, т. е. ! = т)5(О,,Р„! )и, - 90ппп ! (и) [ехР(дГ! ~Т~ — 1) (2,8 9) В случае прямого смешения потенциал Г положителен, а в случае обратного смеще ния — отрицателен. При обычной комнатной температуре т! ! )тТ--40 В ~. Поэтому при увеличении обратного напряжения смещения (Г отрицательно) ехр( — 9Г ! )тТ) в вы ражении (2.48) стремится к нулю. Следовательно, для отрицательных значений Г об ратный ток насыщения.), определяется из (2.8.9) следующим образом: !.
— — г!.5.()),Р„! Тл Ч 9Онпп ! !.и). (2.8.10) Подставляя (2.8.10) в (2.8.9), получаем искомое выражение для вольтамперной характеристики ! — !к[ехрйГ! ! Т) -11 На рис. 2.21 построены вольтамперные характеристики идеального и реатьного переходов. В реальных переходах из-за загрязнения поверхности обратное сопротивление может быть порядка 100 МОм. Как видно из рисунка, в результате этого вольтамперная характеристика отклоняется от идеальной. Если загрязнение удается значительно снизить, то сопротивление возрастает вплоть до 1000 МОм. При прямом смещении наличие сопротивления материала диода вне пределов области объемного заряда (обедненного слоя) приводит к тому, что в реальных диодах для получения того же значения тока необходимо приложить большее напряжение.
рис. 2.21. Вопьтамперная характернстняп попупровсднняпвпга диода с Физика полупроводниковых структур В9. Барьерная емкость Ы карьерная емкость циода равна 200 пФ при обратном напряжении 2 В. Какое требуется о р братное напряжение, чтобы уменьшить емкость до 50 пФ, если контактная разность потенг!иалов яг„= 0,82 В? р~шение барьсрггая емкость резкого р — п-перехода ?Ф?и ] определяется по формуле Ся = ?сг?гз?,Кк? 2???ч ~- х?Я ' У где У вЂ” НаПРЯжсинс На Р -П-ПЕРЕХОДЕ;?З'„И Л?» — КОНЦЕНтРаЦИИ ПРИМЕСЕЙ На КажДОй ИЗ сторон р — п-перехола. Слеловательно, для данного диода Сх = К? <У,„., +,р,)'", где К вЂ” некоторая постоянная; р»8 — обратное напряжение; гр„, — контактная разность потенциалов.
При У„;,„= 2 В имеем Св = 200 пФ. Тогда К= 200-10 (2 г0,82)ш=3,35х!0 ! пФ В'~'. Находим теперь обратное напряжение, при котором Са = 50 пФ: 50 10 1з = 3,35 !О !с! ! У,„;,, + 0,82)!гз, откупа имеем У,„и — — 44,1 В. Контрольные вопросы 1. Что такое полупроводник? 2. Чем определяегся злелтропроводность полупроводников? 3. Что такое процесс термагснерации электронно-дырочных пар? 4.
Чем и с какой целью легируются полупроводники? Как формируются разрешенные и запрещенные уровни в полупроводнике? б Изложите основные положения зонной теории полупроводников. Что такое уровень Ферми в полупроводниковых структурах? Как определяется козффилиент диффузии? Как охарактеризовать процесс диффузии носителей заряда в полупроводниках? Как охарактеризовать процесс дрейфа носителей заряда в полупроводниках? Что такое встроенное электрическое поле в полупроводниках? Чем характеризуется подвижность носи шлсй в полупроводниках? 13.
3 Какими параметрами характеризуезся р — -и-переход? !4, !то такое прямое и обратное вюночсншс р — и-псре ода'? 15, О Опишите |золный ток через р — п-псрсхол. 1б. Опрелелитс понятие лиффузионпой емкости. 17 Опрслслите полязтш барьерной емкости. 18. Что такое гстеропсрехаа? Назовите основные тины гстерспсрсхолов. Часть !!. Микроапактроника 246 Что такое кваншвый колодец7 Какие тины контактов вы знаете? Что ~акое барьер Шотткн? Рекомендуемая литература Бонч-Бруевич В.
Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. Учебное пособие для вузов.— Мл Наука, 1990. 2 Е~)>имев И. Е., Козырь И. Я., 1 орбунов КК Я. Микроэлектроника. Физические и технологические основьг. налсжность Учебное пособие. — 2-е изд. — М: Высшая школа, 1986. 3 Зн С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. — 2-е нзд. — Мс Мир, 1984. 4 Линч П.. Николайдес А.
Задачи по физической электронике. Под. рсл. проф, Г. В. Скроцкого.— Мл Мир. 1975. 5. Морозова И. Г. Физика электронных приборов. Учебник лля вузов. — Мл Атоьшздат, 1980. б Степаненко И. П. Основьг микроэлектроника: Учебное пособие для вузов. — 2-е изл. — Ме Лаборатория базовых знаний, 2000. 7.
Терехов В. А. Задачник по элеш раиным прибораль — 2-е изд. — М.. Энергоатомиздат, 1983. 8. Шалимова К, В. Физика полупроводников, Учебник для вузов. — Мл Энергоатомиздат, 1985. З. Интегральные транзисторные структуры З.1. Классификация транзисторных структур Т пязисязор (от английского птшьГег — переносить н латинского гептног- — сопротивля,сь) — электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три электрода и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Обычно в транзисторе существуют двв взаимодействующих р — и-перехода.
Транзисторы по физическому принципу работы делятся на три основных ю|асса: 0 униполярные)полевые); 0 биполярные: ь) перспективные транзисторные структуры. В учипояярных транзисторах физические процессы протекания электрического тока в полупроводнике обусловлены носителями заряда одного знака — элелтронами или дыркамн. Основным физическим процессом перемещения носителей является дрейф в электрическом поле. В биполярных транзисторах физические процессы обусловлены переносом носителей заряда обоих знаков. В основе работы биполярных транзисторов лежат процессы инжекции неосновных носителей, диффузии и дрейфа основных и неосновных носителей тока.
В настоящее время известно большое число различных типов трагписторов. На основе интегральных транзисторов формируются различные пассивные и алтивные элементьц а~оды, резисторы, транзисторы. Поэтому уместно рассмотреть различные транзисторные сгруктуры. )х иерслекязлвныи транзисторным структурам отнесем транзисторные структуры, использующие различные физические явления в полупроводниках, например: транзисторы типа Тегайепх; ~~ тРанзисторы с проницаемой базой„ О баллистические транзисторы; ь) М 'ОП-транзисторы с управляемой проводимостью канала; ьй "ОП-транзисторы с двойным затвором (вертикальные МОП-транзисторы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
