1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Для оценки значения тока за счет инжекцип неосновныхносителей в базу, как доли общего тока через переход, служиткоэффициент инжекциигде 1Р п / „ — дырочная и электронная составляющие тока черезпереход на металлургической границе.Для определения коэффициента у можно воспользоватьсясоотношениями (10-48) и (10-49), выразив коэффициенты Б р и О псогласно (9-101) и (9-103) через подвижности частиц и заменивконцентрации р п0 и пр0 величинами р р0 и п п0 соответственно.В этом случае для диода с протяженными областями эмиттераи базы (и>р > Ь п и и?п > Ьр) выражение (11-14) можно записатьв видеV^ 1 — р ?.(1115)РиОбычно для диодов характерно соотношение (11-13) и, сл ед овательно, значение коэффициента у лишь немного меньше единицы (0,9—0,99).
Так, при N a = 10 18 см ' 3 ( р « 0 , 0 7 Ом*с м)и ЛГ„ = 1015 см ' 3 ( р « 5 Ом-см) коэффициент у ^ 0,986.Вторым важным параметром, характеризующим процесс инж екции носителей, служит коэффициент б — уровень инж екции(10-32), который мы рассматривали в § 10-3. От величины этогокоэффициента зависит характер процессов в базе диода.Физические процессы в базе. В результате инжекции в базена границе с запирающим слоем образуется избыточная концентрация неосновных носителей Ар = р п — р „ 0 (см. рис.
10-3, в).Закон изменения концентрации неосновных носителей в базев результате их диффузионного движения от границы запирающего слоя определяется выражением (10-33) для толстой базы(«>„Ер)Р {х ) = Рпо + & р е~ х/1'Ри выражением (10-35) для тонкой базы ( и>пЬр)Р(х) = Рпо + Ар (1 - ¿ ) -Объемное сопротивление базы. В случае низкого уровня инж екции носители зарядов, инжектированные в базу, мало изменяютконцентрацию подвижных носителей в базе и объемное сопротивление базы определяется ее геометрическими размерами и удельным сопротивлением рс, т. е.
концентрацией примесей:гво-Ро?.(И -1 6 )где я — площадь поперечного сечения базы.При невысокой степени легирования базы ее объемное с о п р о тивление при протекании прямого тока может оказаться сравнимым по величине с сопротивлением перехода. В этом случаенельзя считать, что напряжение внешней батареи целиком приложено к переходу, как мы предполагали при анализе идеализированного перехода, и необходимо учитывать падение напряжения не только на переходе, но и на объемном сопротивлении базы:(11-17)М одуляция сопротивления базы.
При высоком уровне инжекции доля инжектированных в базу дырок в общей концентрацииподвижных носителей зарядов оказывается весьма значительнойи объемное сопротивление базы может заметно уменьшиться. Этоявление называют модуляцией сопротивления базы. Определитьизменение сопротивления базы в зависимости от коэффициентаинжекции б можно для тонкой базы (шп ^ Ьр) по следующейприближенной формуле [24]:гб ( б ) = ^ 1пб.(11-18)При б « 15 -г- 20 сопротивление базы может уменьшитьсяв несколько раз по сравнению с гс0.Поле в базе ди ода. В § 10-1 при рассмотрении физических процессов в р -п переходе было показано, что в результате инжекции в базе у границы запирающего слоя образуется избыточнаяконцентрация положительных зарядов — дырок.
Вследствие этогов базе возникает внутреннее электрическое поле, вектор напряженности §б которого направлен от перехода в толщу базы.Иод воздействием этого поля из толщи базы к переходу движутсяэлектроны, образуя у перехода объемный заряд, примерно равный заряду дырок.Однако полная компенсация положительного заряда дырокв результате этого процесса не может быть достигнута, так какв противном случае исчезло бы полепритягивающее электроны из толщи базы.
В базе остается некоторое остаточное поле,,которое зависит от избыточной концентрации дырок Ар по сравнению с концентрацией пп основных носителей заряда, т. е. отуровня инжекции б.В случае низкого уровня инжекции Арп п поле невеликои инжектированные в базу дырки движутся далее от переходав толщу лишь вследствие возникшего градиента их концентрации.
Влияние поля §б на это движение пренебрежимо мало.Незначительно в этом случае и влияние объемного заряда инжектированных дырок на электронейтральность. Вследствие сравнительной малости этого объемного заряда база остается квазииейтралыюй.Несколько иная картина наблюдается при высоком уровнеинжекции (А р > п „). Возникающее при этом поле §б оказывается достаточным для того, чтобы вызвать в базе заметное дрейфовое движение неосновных носителей — дырок.
Поскольку дрейфдырок суммируется с их диффузией, скорость перемещения дырокот перехода в базу увеличивается.Величину возникающего полялегко определить, используя уравнения (10-7) и (10-8) для плотностей дырочной и электронной составляющих тока.Для нашего случая запишем их в виде/ » = еппи.пШв + е£>„/р =ерб -еОр,(11-19).(1 1 -2 0 )Суммируя почленно эти уравнения (полагая др/дх = дп / дх,получаем:ср/— £)р3/)6 (5 = —-.------- 1-----------------------------------( 11 - 21 )ел \~\^рРп)№ппп]’р + 1п = /) и решая их относительноПервое слагаемое в этой уравнении характеризует поле в базе,возникающее из-за падения напряжения на объемном соп ротивлении базы при протекании тока; второе слагаемое определяетполе, появляющееся в результате градиента концентрации осн ов ных и неосновных носителей.11-3.
В О Л ЬТ-А М П Е РН А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А РЕ А Л ЬН О ГОДИОДАРассмотренные в предыдущем параграфе физические процессыв реальном диоде позволяют оценить основные отличия хар ак теристики реального прибора от характеристики идеализирбванного диода, описываемойуравнением (10-52).Обратная ветвь вольтамперной характеристики.Как было показано выше,обратный ток в любом диоде содержит ряд составляющих, причем величинакаждой из них зависит отматериала.
На рис. 11-2 Рис. 11-2. Компоненты обратного т о к апоказаны основные соста в кремниевом (а) и германиевом (б) д и о д а х .вляющие обратного токав кремниевом и германиевом диодах, причем масштабы рисунков11- 2 , а и б различны, поскольку ток / 0 в германиевом диодена несколько порядков больше тока в кремниевом диоде.В § 10-5 мы рассмотрели различные механизмы пробоя эл ектронно-дырочного перехода.
Вольт-амперные характеристики прилавинном, туннельном и тепловом п робоях показаны на рис. 10 - 1 2 .Прямая ветвь вольт-ампсрной характеристики. Согласно вы ражению (10-52) зависимость величины тока в диоде от п рям огонапряжения должна быть экспоненциальной. Однако реальныехарактеристики диодов отклоняются от этого идеализированногозакона по ряду причин, рассмотренных в § 11- 2 .Ввиду резкой зависимости прямого тока от напряжения прямую ветвь вольт-амперной характеристики обычно описываютсоотношением, в котором ток I берут в качестве аргумента, Этузависимость легко получить, логарифмируя (10-52), и записываярезультат относительно II:С7 = ^1п ( ^ - + 1 ) .( 11- 22 )Отсюда видно, что напряжение II, соответствующее некоторому заданному значению прямого тока I , тем больше, чем меньшеобратный ток / 0.
У кремниевых диодов, ток / 0 которых значительно меньше, чем у германиевых, начальный участок прямой ветви очень пологий (рис. 11-3, а). На этом участке ток IРис. 11-3. Вольт-амперные характеристики кремниевого и германиевого диодов (а) п зависимость вольт-амперной характеристикидиода от площади перехода (б).у кремниевых диодов определяется в основном процессами рекомбинации носителей в переходе, которые при С/ > 0 преобладаютнад процессами тепловой генерации.Изменяется также вид вольт-амперной характеристики в зависимости от площади перехода в (рис.
11-3, 6). С увеличением ярабтет тепловой ток, а следовательно, и прямая ветвь характеристики идет круче.Существенное влияние на ход зависимости С/ = ф (Г) оказываетомическое сопротивление Гс базового слоя. Как уже отмечалось,прямой ток, протекая по базе, создает падение напряжения:и 6 = 1го = 1рб ^ .(11-23)Это падение напряжения весьма значительно уже при I ^ 2мА.Учитывая (11-423), выражение для вольт-амперной характеристики следует записать в виде(и- 1го) - 1 ]1Г еI — 10 \еиликТ(И -24)В результате участок вольт-амперной характеристики, соответствующий токам /2 мА, а в более мощных диодах I ^ 20 мА,оказывается более пологим (рис.
11-4). Эту часть характеристикичасто называют омической. При высоком уровне инжекции, когдачисло инжектируемых в базу носителей велико, сопротивлениебазы несколько уменьшается и вольт-амперная характеристикаидет круче.Начальный участок прямой ветви вольт-амперной характеристики для любого реального диода отличается от кривой, соответствующей (10-52).
В германиевых диодах его наклон определяется значением теплового тока, в кремниевых диодах — токомрекомбинации. Резкий рост прямого токау германиевых диодов начинается как правило, при меньших значениях прямого напряжения.В начале крутого участка характеристикаблизка к экспоненциальной; здесь основнуюроль играет диффузия инжектированныхв базу носителей (низкий уровень инжекции).В дальнейшем с увеличением тока все большесказывается влияние объемного сопротивления базы, а также других процессов, характерных для относительно высокого уровняинжекции. Условные границы между разР и с.
11-4.Прямаяветвь вольт-ампернойличными участками вольт-амперной характехарактеристики диористики да и сам характер зависимостида./ = ф (II) существенно различны для герма1 — экспоненциальная;ниевых и кремниевых диодов, для диодов2 — измененная за счетпадения напряж ения нас толстой и тонкой базой и др. Так, наприобъемном сопротивлениибазы.мер, для кремниевых диодов характерен б о лее резкий переход от начального пологогоучастка к области, где проявляются особенности вы сокого уровняинжекции; в германиевых диодах омический участок более крутой,так как подвижность носителей в германии значительно выше,чем в кремнии, и т. п.Изменение вольт-амперной характеристики с температурой.Для полупроводниковых приборов и, в частности, диодов этазависимость весьма существенна.На рис. 11-5, а, б показаны вольт-амперные характеристикигерманиевого диода Д9И и кремниевого диода Д106А. С изменениемтемпературы меняются как обратная, так и прямая ветви характеристики.Тепловой ток / 0 и токгенерации пар зарядов в переходе,определяющие обратную ветвь характеристики для германиевыхи кремниевых диодов соответственно, увеличиваются с температурой по закону (11-6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
