1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 50
Текст из файла (страница 50)
1 0 -1 3 . Вольт-фарадные хакой перехода (рис. 10-13). На этомрактеристики электронно-ды рисунке Сбаро — барьерная емкостьрочных переходов.при и = 0 .1 — плавный переход; 2 — резкийпереход; з — переход со сл ож н ойПри подключении к переходу пряфункцией изменения концентрациипримесей.мого напряжения запирающий слонсужается и барьерная емкость увеличивается. Однако в этом случае приращение зарядов в результате инжекции неосновных носителей оказывает значительно болеесущественное влияние на изменение емкости Спер, нежели уменьшение ширины перехода I.
Иначе говоря, при включении прямого напряжения емкость перехода определяется в основномдиффузионной емкостью Сг>Диффузионная емкость. Как уже отмечалось, эта емкость обусловлена изменением зарядов у границ перехода при изменениинапряжения £/. При подключении обратного напряжения емкость Сд невелика, так как изменение концентрации неосновныхносителей от равновесного значения до значения, близкого к нулю,наблюдается лишь при изменении и от нуля до небольшойотрицательной величины (см. рис. 10-4, в). При дальнейшем 'увеличении обратного напряжения закон распределения неосновных носителей остается практически неизменным.Существенное изменение объемного заряда в областях полупроводника у границ перехода наблюдается при подключениипрямого напряжения. В результате инжекщш неосновных н оси телей, особенно при 6 ^ 1, изменение этого заряда за счет п ри ращения прямого напряжения может быть весьма значительным.Найдем приращение А() заряда дырок в ге-области, интегрируяфункцию р (х ) (10-35) по всей длине области от нуля до и>п:А (} = еэ С Ар (х) йх =(1 - з е с Ь ^ ) .(10-67)оИспользуя (9-116) и (10-51), получаем для дифференциальнойдиффузионной емкости:( 4 ~ зесЬ Ц ) 'Сп( 10' 68>гдо I — ток через переход при подключении прямого напряжения.В случае шп > Ьр функция весЬ ( ю п/Ьр) л; 0 и соотнош ение(10 68) принимает вид:Со ъ~(10-69)1тр.и>„\.и>2я « 1 ------- - и\J-‘pJ ____ 2Lpемкость с учетом того, что L v — ~\fDpxp, равна:Если же wn < Lp, то sechдиффузионнаяс°~ гт ё> -( 10- 7° )Таким образом, величина диффузионной емкости прямо п р о порциональна прямому току через переход.
При достаточно б о л ь ших токах емкость С о может быть на несколько порядков больш еемкости С6ар.Глава о д и н н а д ц а т а я■ ПОЛУП РОВОДН И КОВЫ Е ДИОДЫ11-1. УСТРОЙСТВО И К Л АССИ Ф И К АЦ И ЯП О Л У П Р О В О Д Н И К О В Ы Х диодовОпределение. Полупроводниковыми диодами называют эл ектропреобразователыше полупроводниковые приборы с однимэлектрическим переходом, имеющие два вывода.Устройство. 1[олунроводинковый диод представляет со б о йкристалл полупроводника, в котором одним из технологическихметодов выполнен электрический переход. К двум п ол уп роводниковым областям, образующим переход, привариваются илиприпаиваются выводы из металлической проволоки, и вся систем азаключается в стеклянный, металлический, пластмассовый иликерамический корпус или же опрессовывается специальной см о лой. На рис.
11-1 для примера показано устройство енлавногокремниевого диода в стеклянном корпусе и диффузионного бескорпусного диода.Одна из полупроводниковых областей, образующих р -п переход, имеет более вы сокую концентрацию примесей и образуетэмиттер, а вторая полупроводниковая область — базу.Большинство полупроводниковых диодов выполняется на основе несимметричных электронно-дырочных переходов как типа п-р,так и типа р-п\ используются в полупроводниковых диодах такжепереходы металл — полупроводник, переходы типа р-1 и п-1и другие.Рис.
11-1. Устройство сплавного кремниевого (а) и бескориусиого диффузионного (б)диодов.1 — р — Si; 2 — п — Si; .3 — кристаллодсржатель; 4 — стеклянныйкорпус; 5 — алюминий; s — вывод;7 — омический контакт; 8 — смола;9 — идейна S i0 2.Различают плоскостные и точечные диоды. Диоды первоготипа получают обычно сплавным или диффузионным методом.В точечных диодах площадь перехода значительно меньше, чемв плоскостных. Диоды этого типа изготавливаются методомвплавлеиия тонкой металлической проволоки в базу диода с одновременной присадкой легирующего вещества.Классификация.
Группа полупроводниковых диодов весьмамногочисленна. В качестве классификационных могут быть использованы разнообразные признаки. Выше мы уже говорили, чтополупроводниковые диоды различают по методу их изготовленияи по типу р-п перехода. Классифицируют диоды также по основному материалу: германиевые, кремниевые, диоды из арсенидагаллия и др.
Однако одним из основных признаков служит назначение прибора: выпрямительные диоды, детекторные, преобразовательные, переключательные, диоды — стабилизаторы напряжения ( стабилитроны) , параметрические диоды и др. Выделяюттакже диоды, отличающиеся основными физическими процессами:лавинно-пролетныйди од и д р .'д и од ,туннельныйдиод,фотодиод,светоВ этой главе рассматривается большинство типов п ол у п р оводниковых диодов, за исключением фотодиодов и светодиодов,с которыми читатель может познакомиться в гл.
14.Полупроводниковые диоды, используемые в диапазоне св е р х высоких частот (параметрические диоды, переключательные илавинно-пролетные диоды, диоды Ганна), изучаются в к у р се«Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы».Система обозначений полупроводниковых диодов регламентируется ГОСТ 10802-72, их условные графические обозначения—ГОСТ 2.728-73, а термины - ГОСТ 20004-74, ГОСТ 20005-74и ГОСТ 18994-73.11-2. ФИЗИЧЕСКИЕ П РО Ц Е С С Ы В ДИОДЕКак уже отмечалось, полупроводниковый диод содержит одинэлектрический переход. Поэтому физические процессы, рассм отренные нами для электронно-дырочного перехода в гл.
10 , по су тидела являются физическими процессами в идеализированномдиоде. Следовательно, вольт-амперная характеристика идеализированного полупроводникового диода описывается выражением(10-52), полученным для электронно-дырочного перехода:/ = / 0 (е<^/*т -1).В реальных диодах, однако, протекают физические процессы ,не учтенные при анализе идеализированного р -п перехода, и п оэтому на характер зависимости (10-52) влияет ряд дополнительных факторов. Рассмотрим вначале основные из этих факторовна примере диода с базой на основе п-полупроводника.Диод при подключении внешнего обратного напряжения.
В этомслучае, как следует из рассмотрения, проведенного в гл. 1 0 ,ширина запирающего слоя на переходе увеличивается, растетвысота потенциального барьера и переход, а следовательно,и диод характеризуются высоким сопротивлением. Через п ереходтечет обратный ток, который для диодов определяют как общ ийток проводимости, текущий в обратном направлении.Величина обратного тока играет важ ную роль не только в сл у чае подключения к диоду обратного напряжения, когда при II < 0(И-1)но и в том случае, когда диод находится под прямым напряж ением. В последнем случае (II > 0) согласно (10-52)1 ъ 1 0е‘ и/кТ( 11 - 2 )п, следовательно, вид прямой ветви вольт-амперной характери стики также зависит от / 0.В § 10-3 при выводе вольт-амперной характеристики идеализированного р -п перехода (10-52) мы считали, что обратны йток обусловлен только движениемнеосновных носителей,которые в полупроводнике образуются главным образом в результате тепловой генерации пар зарядов.
Поэтому этот ток называюттепловым током. В реальных приборах тепловой ток составляетлишь часть обратного тока, который содержит ряд других составляющих: ток генерации носителей в переходе, ток утечки и др.Обсудим вначале факторы, определяющие, величину теплового тока.Тепловой ток. Д ля величины теплового тока при условии,что и?п > Ьр и и?р > Ь „, мы получили выражение (10-53)где р по и пр0 — равновесные концентрации неосновных носителей; я — площадь перехода.В случае малых размеров (толщины) эмиттера и базы ( и>пЬриЬп) выражение для теплового тока имеет вид (10-54):Подставив в (10-53) в соответствии с (9-116) выражения длякоэффициентов диффузии Б р = Ьгр/хр и 1)п — Ь\! т„, получим:(11-3)В этом выражении отношения р „ 0/тр и пр0/хп согласно (9-16)есть не что иное, как скорости генерации дырок и электроновсоответственно.
Таким образом, тепловой ток в идеализированном переходе, ширина которого / -> 0 , обусловлен генерациейнеосновных носителей в объемах полупроводников $ЬР и &Ьтприлегающих к металлургической границе перехода.В результате сущ ествующ их в этих объемах градиентов концентраций (см. рис. 10-4, в) неосновные носители диффундирую т к границе и полем § к на переходе перебрасываются черезграницу перехода.Как следует из сравнения (10-53) и (10-54), величина тока / 0при тпЬ р и ¡шрЬ п больше, чем в первом случае.
Физическиэто изменение теплового тока с уменьшением протяженностиобластей объясняется следующим образом. Генерация неосновныхносителей может происходить по всему объему, в том числе и вблизиподсоединения к электродам металлических выводов (невыпрямляющих контактов), где этот процесс, как правило, наиболееинтенсивен. При и> > Ь эти неосновные носители могут но дойтидо перехода и, следовательно, не будут участвовать в движениичерез запирающий слой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
