14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Выделяющаяся на p-n - переходе мощностьPвыд = UобрIобрвызывает разогрев p-n - перехода и прилегающих к нему областейполупроводника.Отводимая от p-n - перехода мощность в результате теплопроводностии дальнейшего рассеяния теплоты в окружающую средупропорциональна перегреву p-n - перехода и обратно пропорциональнатепловому сопротивлению конструкции диода.Таким образом, тепловое сопротивление диода между p-n - переходоми окружающей средой определяется мощностью, отводимой отперехода в окружающую среду.Через некоторое время после подачи на диод обратного напряженияустанавливается тепловое равновесие между выделяемой и отводимойтеплотой Pвыд = Pотв. Если тепловой баланс нарушается Pвыд > Pотв,то происходит тепловой пробой p-n - перехода.Причиной нагрева перехода является выделение теплоты припрохождении обратного тока Iобр.Рис.4.29.
Обратная ветвь вольт-амперной характеристики p-n - переходапри тепловом пробое для различных температурПри тепловом пробое ТКUпроб < 0.Переходные процессы в p-n – переходахПроцесс, возникающие в диодах при переключении из одногоустановившегося состояния в другое называется переходным.Рассмотрим их, когда диод соединен последовательно с нагрузкой,сопротивление которой во много раз больше прямого сопротивлениядиода (рис.4.30).Рис.4.30. Схема для исследования переходных процессов в диодах6970Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны восновном с двумя явлениями, происходящими при быстром изменениинапряжения на диоде или тока через диод.Первое из них - это накопление неосновных носителей заряда в базедиода при его прямом включении и их рассасывание при уменьшениинапряжения.
Так как электрическое поле в базе диода обычно невелико,то движение неосновных носителей в базе определяется законамидиффузии и происходит относительно медленно. Поэтому накоплениеносителей в базе и их рассасывание могут влиять на свойства диодов врежиме переключения.Второе явление, происходящее в диодах при их переключении, - этоперезарядка барьерной емкости, что также происходит не мгновенно ипоэтому может влиять на свойства диодов.При сравнительно больших плотностях прямого тока через диодсущественно накопление неосновных носителей в базе диода, аперезарядка барьерной емкости диода является второстепеннымпроцессом.
При малых плотностях тока переходные процессы в диодеопределяются перезарядкой барьерной емкости диода, накопление женеосновных носителей заряда в базе практически не сказывается.Временные зависимости напряжения и тока, характеризующиепереходные процессы в полупроводниковом диоде, зависят также отсопротивления внешней цепи, в которую включен диод.Рассмотрим два предельных случая переходных процессов вполупроводниковом диоде.Переходные процессы при больших напряжениях и токахРассмотрим процессы, происходящие в полупроводниковом диодепри его включении на генератор напряжения, т. е.
при включении диодав цепь с малым полным сопротивлением (в том числе и с малымсопротивлением источника питания) по сравнению с сопротивлениемдиода.При подаче на диод прямого напряжения ток через диодустанавливается не сразу, так как с течением времени происходитнакопление в базе инжектированных через p-n - переход неосновныхносителей (дырок) и уменьшение в связи с этим сопротивления базы(рис. 4.31).Рис.
4.31. Временные диаграммы, характеризующие переходныепроцессы при работе диоде в схеме с генератором напряжения (прибольших напряжениях)7172Этот процесс модуляции сопротивления базы происходит немгновенно, так как накопление дырок в базе диода связано сотносительно медленным процессом диффузии их от p-n - перехода вглубь базы.Концентрация электронов около p-n - перехода возрастает всоответствии с принципом электрической нейтральности, согласнокоторому в любой части базовой области сумма всех зарядов должнабыть равна нулю.
Очевидно, что число накопленных дырок в базе тембольше, чем больше ток через диод и чем больше время жизни дырок.Кроме того, число накопленных дырок зависит от геометрии базы.При переключении диода с прямого напряжения на обратное вначальный момент наблюдается большой обратный ток, ограниченныйв основном последовательным сопротивлением базы диода.
Источникпитания вместе с сопротивлением базы в это время можно считатьгенератором тока для p-n - перехода.По мере накопления дырок и уменьшения сопротивления базыпроисходит перераспределение всего внешнего напряжения междусопротивлением базы и p-n - переходом; падение напряжение на базедиода уменьшается, а на p-n - переходе увеличивается, вызываяувеличение уровня инжекции. При длительном прохождении прямоготока процесс инжекции дырок уравновешивается процессом ихрекомбинации. Возникает некоторое установившееся состояние,характеризующееся таким распределением дырок в базе, при которомих концентрация превышает равновесную вблизи p-n - перехода иснижается, стремясь к равновесной, при удалении от него в глубь базы.О значении тока через p-n - переход можно судить по градиентуконцентрации дырок в базе диода около p-n - перехода.
Градиентконцентрации дырок около p-n - перехода возрастает с увеличениемнапряжения на p-n - переходе при постоянном напряжении на диоде ипри уменьшении напряжения на базе диода (рис.4.32).Рис.4.32. Распределение концентраций неосновных носителей в базеСледует отметить, что сопротивление базы диода уменьшается нетолько из-за увеличения концентрации неосновных носителей (дырок),но и из-за увеличения концентрации основных носителей (электронов).После переключения диода на обратное напряжение начинаетсяпроцесс рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе. Изза ограничения обратного тока концентрация дырок в базе около p-n перехода не может мгновенно уменьшиться до равновесного значения.Пока концентрация дырок в базе околоp-n - перехода превышаетравновесное значение, на p-n - переходе сохраняется прямое падениенапряжения.После уменьшения концентрации дырок в базе около p-n - перехода донуля обратный ток начинает уменьшаться со временем, о чемсвидетельствует уменьшение градиента концентрации дырок около p-n перехода.
С течением времени все накопленные в базе дырки уходятчерез p-n - переход или рекомбинируют в базе диода, в результате чегообратный ток уменьшается до стационарного значения тока насыщения.В это время заканчивается восстановление обратного сопротивлениядиода.Процесс рассасывания накопленных носителей происходитзначительно медленнее процесса их накопления, поэтому именнопроцесс рассасывания и определяет частотные свойства большинствадиодов.Т.
к. tрас >> tуст, то время рассасывания определяет частотныесвойства диодов. Таким образом, если длительность импульсов меньшевремени рассасывания tп < tрас, то не наблюдается одностороннейпроводимости диода (он не выполняет свои функции (рис.4.33)).7374Поэтому сопротивление диода в данном случае имеет емкостнойхарактер. В первый момент напряжение на p-n - переходе близко кнулю, а ток через диод ограничен только сопротивлением базы диода(рис.4.35).Рис.4.35. Эквивалентная схема диода при работе на малых сигналахПо мере заряда барьерной емкости напряжение на p-n - переходе и токчерез диод стремятся некоторым установившемся значениям, которыеопределяются активной составляющей сопротивления p-n - перехода.В момент переключения диода напряжение на барьерной емкости неможет измениться мгновенно, оно достигает установившегося значениячерез некоторое время.
Ток через диод также зависит от времени, чтохарактерно для емкостного сопротивления.Рис.4.33. Нарушение односторонней проводимости диода при большойдлительности переходных процессов в p-n - переходеДля повышения быстродействия диодов необходимо уменьшатьдлительность переходных процессов.Переходные процессы при малых напряжениях и токах4.2. Металло-полупроводниковые переходыПри приложении к диоду малого прямого напряжения эффектмодуляции сопротивления базы диода из-за малого уровня инжекциипренебрежимо мал (рис.4.34).В полупроводниковых приборах помимо контактов с электроннодырочным переходом применяются также контакты между металлом иполупроводником.
Процессы в таких переходах зависят от такназываемой работы выхода электронов (рис.4.36), т. е. от той энергии,которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла илиполупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электроновможет выйти из данного тела. В зависимости от соотношения работывыхода Авых и от типа электропроводности, полупроводниковыйпереход может быть двух видов: выпрямляющий и невыпрямляющий.Рис.4.34. Временные диаграммы, характеризующие переходныепроцессы при работе диоде в схеме с генератором напряжения (прималых напряжениях)7576обычные диоды, так как накопление и рассасывание зарядов - процессыинерционные, т.
е. требуют времени.Рис.4.37. Металло-полупроводниковый переход с барьером ШотткиАналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла сполупроводником типа p при Аm < Аp.Рис.4.36. Классификация металло-полупроводниковых переходовРассмотрим процессы в различных металло-полупроводниковыхпереходах.Изменение потенциала в приконтактной области приводит кискривлению энергетических диаграмм (рис.4.38).Переход с барьером ШотткиЕсли в контакте металла с полупроводником n-типа Аn < Аm, тоэлектроны будут переходить главным образом из полупроводника вметалл и в приграничном слое полупроводника образуется область,обедненная основными носителями и поэтому имеющая большоесопротивление (рис.4.37).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
