1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Кроме того, как это видно из рис. 10-4, в,градиент концентрации неосновных носителей в случае и) > Ьменьше, нежели при условии юЬ, и, следовательно плотностьдиффузионного потока неосновных носителей из толщи базы к переходу ниже, чем во втором случае.Величина теплового тока зависит также и от площади перехода я: с увеличением х растет ток / 0.Не ыенее существенна зависимость теплового тока от концентрации неосновных носителей р „ 0 и пр0.
Если диод образованнесимметричным р -п переходом и степень легирования />-эмиттеразначительно выше степени легирования п-базы {ЫаЫл),концентрация неосновных носителей в базе будет больше, чемв эмиттере, т. е. основную роль в образовании теплового токабудут играть неосновные носители базы — дырки. Для тепловоготока в этом случае (при шпЬр) можно записать:тОрРпп1о^ в8- ^ Г -.( и -4)В гл.
9 было показано, что концентрация неосновных н осителей определяется соотношением (9-67)Рп^ 2.- п1Л/мтВ нашем случае р п — р п0. Подставляя эту величину в (11-4),получаем:1)п п\Таким образом, величина теплового тока пропорциональна п\и,как это видно из (9-67), сильно зависит от температуры. Т ак ,например, при Т0 « 300 К для германия тгг « 2,5 -10 13 см -3,а для кремния» 2 - 1010 см-:3. Коэффициент диффузии Б р длягермания примерно в 3,5 раза больше, чем для кремния. П од ставляя эти значения в (11-5), легко показать, что при одинаковых для германия и кремния значениях б , и>п итепловой токв германии при комнатной температуре примерно на шесть п орядков больше этого значения в кремнии (/о(в!) » Ю"6 /о (&е))Зависимость теплового тока для любого полупроводникаот температуры может быть описана соотношениемЛ> (Т) = 1о (То) еаЛТ,( И - 6)где ДТ = Т — Т0, Т0 = 300 К , коэффициент а для германияравен 0,09 К " 1 и для кремния 0,13 К -1.Ток генерации.
В реальных диодах ширина запирающего с л о я Iимеет конечную величину, и в этой области, как и за ее п ределами, происходят генерация и рекомбинация носителей заряда.Генерируемые в переходе носители зарядов под действием эл ек трического поля ¿ \ на переходе уходят из пределов запираю щего слоя, образуя ток генерации /Процессы рекомбинациичастиц в области запирающего слоя обусловливают протеканиетока рекомбинации / г.Процесс генерации в переходе происходит в результате разрывавалентных связей, а также вследствие ионизации примесныхцентров с глубокими энергетическими уровнями, близкими к середине запрещенной зоны (§ 9-2).Процесс рекомбинации частиц обусловлен тем, что частицыс энергией, недостаточной для преодоления потенциальногобарьера, проникая на некоторую глубину в запирающий слой,теряют свою скорость в поле перехода и выносятся этим полемобратно.
В результате значительного времени пребывания такихчастиц в запирающем слое увеличивается вероятность их рекомбинации через ловуш ки и другие дефекты структуры и появляется ток рекомбинации 1 Т.В состоянии динамического равновесия (С/ = 0 ) встречныепотоки носителей компенсируются, так что ток генерации равентоку рекомбинации.При обратном напряжении (V < 0) потенциальный барьерв переходе возрастает, глубина проникновения частиц в запирающий слой уменьшается, снижается вероятность их рекомбинации в переходе и, следовательно, уменьшается ток рекомбинации. Наряду с этим увеличение обратного напряжения приводитк расширению запирающего слоя и росту объема, в котором происходит генерация подвижных носителей.Для оценки тока генерации можно записать выражениепо аналогии с (11-3):=»-П I 1р(И ' 7)В самом деле, акты генерации носителей, число которых определяет ток I е, протекают в обьемезапирающего слоя, где приТ ж 300 К все примесные атомы ионизированы и скорость генерации носителей обои х знаков определяется временем жизникак электронов, так и дыр.ок.
При обратных напряжениях, превышающих сотые доли вольта, ток генерации значительно большетока рекомбинации: I д1 Т.Из (11-7) следует, что в результате различия собственныхконцентраций в германии и кремнии (2,5 •1013 см -3 и 2 - 1 0 10 см "3соответственно) ток I е в германии для одинаковых по геометрическим размерам переходов примерно в тысячу раз больше, чемв кремнии.Как видно из выражения (11-7), ток I 8 прямо пропорционаленширине запирающего сл оя I. Вследствие этого токрастет с увеличением обратного напряжения так же, как и величина /,т.
е. пропорционально |£/|1/2 (10-37).Сравним ток I п с тепловым током в диоде при условии мпЬри полагая, что в основном ток / 0 создается движением дырокиз базы в эмиттер, т. е. концентрация примесей в эмиттере зна-чительпо выше ■концентрации примесей в базе (./Уана основании (11-3) имеем:/Уд). Тогда/ . ^ « £ ^ 1.трИспользуя (9-67), получаем:( 11 - 8 )Ьрп\<и -9)Полагая тп л: тр и учитывая соотношениеотношение токов:/?(11-7),запишемШяТ0 = 2^’<“ -«>)Различие в величинах этого соотношения для германиевогои кремниевого диодов (при одинаковой концентрации Л^д) определяется главным образом разными значениями для этих материалов концентрации пи так как Ьр и / (вследствие разностидиэлектрической проницаемости) для германия и кремния отличаются менее существенно (см. табл. У-1).
Расчет соотношения( 11- 10) показывает, что при концентрации примесей Л^д « 1015 см -3и Т « 300 К ток генерации в германиевом диоде составляетдесятые доли тока / 0, а в кремниевом диоде — примерно 10:,/ о.Для определения зависимости= / (Т ) можно воспользоваться выражением ( 11- 6), уменьшив значения коэффициента авдвое.Ток утечки.
Поверхностные явления вызывают так называемый ток утечки / у, который при больших отрицательных напряжениях сравним с током / 0 в германиевых и с токомв кремниевых диодах. Т ок утечки растет пропорционально обратномунапряжению, но слабо зависит от температуры; значение егоможет существенно зависеть от времени и от температуры окружающей среды. Ток / у, составляя существенную часть обратноготока, в значительной мере определяет временную н климатическую нестабильность обратной ветви вольт-амнерной характеристики.Полный обратный ток. Таким образом, обратный ток в диоде,который обозначают символом / 0бР, слагается из ряда составляющих:/о б р =/» +/* +/у .(1 1 -1 1 )При Т300 К обратный ток в германиевых диодах определяется в основном тепловым током, а в кремниевых диодах —током генерации. Поскольку ток / 0 сильней изменяется с температурой, то при температурах выше 100°С в кремниевых диодах начинает превалировать тепловой ток.Как следует пз приведенных выше соотношений, обратный токв германиевых диодах, как правило, на несколько порядков вышетока / Оор в диодах, выполненных нз кремния.Диод под прямым напряжением.
При подключении к диодупрямого напряжения потенциальный барьер в переходе снижается, нарушается условие равновесия, начинается инжекцияносителей заряда и через переход течет прямой ток / пр, определяемый как ток, протекающий через дпод в прямом направлении, т. е. в направлении, при котором диод имеет низкое сопротивление.Прямой ток и его зависимость от приложенного к диоду прямого напряжения, в отличие от идеализированного перехода,определяются рядом физических процессов, протекающих какв самом переходе, так и в базе реального диода.
Рассмотрим основные из этих процессов.Ток реком бинации. При прямом напряжении, когда потенциальный барьер на переходе уменьшается, число носителей заряда, проникающих в запирающий слои, и время их пребыванияв этой области увеличиваются, процессы рекомбинации преобладают над процессами генерации и ток рекомбинации 1 Г > 1М.Ток / г определяется следующей приближенной формулой [24]:еи(1 1 - 1 2 )Отсюда видно, что ток рекомбинации, как и диффузионпыйток ( 11- 2 ), растет'экспоненциально с увеличением напряжения и ,однако для тока / г эта зависимость слабее, так как в показателеэкспоненциального члена, в отличие от ( 11- 2), имеется множитель х/ 2.П оскольку ток 1 Т согласно (11-12) зависит от концентрации п ьего значение различно для кремниевых и германиевых диодов.Долю этого тока в прямом токе диода можно оценить, сравнив 1 Т с тепловым током.
Как и ток генерации, ток 1Г в германиевых диодах во много раз меньше теплового тока / 0; в кремниевых диодах ток 1 Г > / 0, поэтому при низких прямыхнапряжениях ток рекомбинации составляет заметную долю в прямом токе; с увеличением С/ диффузионный ток растет быстрейп его доля в прямом токе становится преобладающей.Инжекция носителей заряда. П оскольку в реальных диодахстепень легирования эмиттера, как правило, значительно выше,чем базы:(11-13)д>прямой ток обусловлен в основном инжекцпей дырок из' эмиттерав базу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
