1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 81

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 81)

Но вместо усло­вия равновесия дл я обычного р-п перехода (10-5).Ао “Ь/д = 0необходимо написать условие/вН"/д_И1 = ®'(15-8)Рассмотрим отдельно туннельное движение электронов, имея в виду,что все полученные результаты могут быть применены и к движению дырок.На рпс. 15-13, а показана энергетическая диаграмма тунпельпого диода,а справа и слева от нее функции 5 1(в (Е) распределения энергети­ческих состояний по энергиям (пунктирные линии).

Площади под пунктир­ными кривыми пропорциональны плотностям энергетических состояний не­зависимо от того, заняты они или нет. При Т = О все уровни валентной зонызаняты, а зона проводимости свободна. Следовательно, площадь под п ун ктар -Зона проводимостиРис. 15-13. Энергетические диаграммы, иллюстрирующие туннельный эф­фект в р-п переходе.а — в состоянии равновесия; б — при внешнем обратном напряжении; в — при неболь­шом внешнем прямом напряжении; а — при большом внешнем прямом н ап р яж ен и и .ной кривой в валентпой зоне пропорциональна плотпостй занятых состоя­ний, а под кривой в зоне проводимости — плотпости незанятых состояний.При Т > ОК электроны из валентной зоны переходят в зону проводи­мости.

Заштрихованные площади соответствуют плотностям занятых со сто я­ний, а оставшиеся площади (между пунктирной и сплошной линиями) —плотностям незанятых состояний. В туннельных переходах могут уч аство ­вать только электроны с энергией в интервале ДЕ = Е Г1 — Ес, соответствую­щем перекрытию зон. Число возможных туннельных переходов слева н ап равопропорционально произведению плотности зан яты х состояний в зоне прово­димости п-пол у проводника на плотность незанятых состояний в валентнойзоне р-полуироводника. Это произведение можно получить путем пере­множения соответствующих площадей:где И7 — число переходов слева направо; с — коэффициент пропорциональ­ности.Д ля возможного числа переходов в обратном направлении можно напи­сать:Т Т ^сЗ Д .(15-10)В состоянии равновесия ({7 = 0) произведения указанных площадей и,следовательно, токи в противоположных направлениях равны, а результи­рующий туннельный ток равен нулю:и = 0.(15-11)Зависимость туннельного тока от внешнего напряжения.

При обратномвключении перехода энергетическая диаграмма принимает вид, показанныйна рис. 15-13, б. Интервал ДЕ перекрытия зон возрастает на величину |еЦ |;в его пределы попадают более глубокие занятые уровни валентной зоны рполупроводника и более высокие свободныеуровни в зоне проводимости п-полупроводнпка.Увеличение площадей »9^ и 5 4 значительно боль­ше, чем возрастание площадей *У2 и ^з- Вследствиеэтого возможное число туннельных переходовэлектронов из р-полупроводника в п-полупроводник оказывается значительно больше числатуннельных переходов в обратном направлении:^ 1*^4 ^ *^2*^3»(15-12)V? > ТУ.(15-13)Поскольку электроны в р-полупроводникеявляю тся неосновными носителями, их преиму­щественное туннельное движение из р-областив п-область обусловливает рост обратного тун­Рис.

15-14. Зависимость(рис. 15-14).туннельного тока от при­ нельного тока —В случае включения перехода в прямом на­ложенного напряж ения.правлении интервал ДЕ уменьшается на вели­чину \е1}\ (рис. 15-13, в и г). С ростом и площади5 ], 5 2, Я3,уменьш аются, но их соотношение в зависимости от (7 болеесложное, чем в случае обратного включения.Преимущественное туннельное движение электронов в том или иномнаправлении пропорционально разности произведений соответствующихплощадей:—2^3 —^ 1^ ]).(15-14)С увеличением, напряж ения и уменьшение5 2, 5 3 п 5 4 различно.При небольших н апряж ениях ^ и 5 4 уменьшаются быстрее и разность про­изведений положительна 5 25 3 > *?х54.

Туннельное движение основных но­сителей из гг-полупроводшгка (электронов) преобладает, прямой туннельныйток растет (рис. 15-14). При некотором напряжении V , когда уровень Фермив «-полупроводнике примерно совпадает с потолком валентной зоны(рис. 15-13, в), разность 5 2£ 3 — 5 ^ оказывается максимальной и ток /гдостигает максимума. Дальнейшее увеличение напряжения и сопровождаетсяуменьшением разности 5 25 3 —(площади 5 2 иуменьшаются быстрее),но по-прежнему> ¿' 15 4. Поэтому через переход течет прямой туннель­ный ток, значение которого падает с увеличением и .Когда напряжение и достигает величины АЕ/е, интервал перекрытиястановится равным нулю (рис. 15-13, г).

Следовательно,= *?2 = £ 3 = 5 4и туннельный ток т ак ж е равен нулю.Вольт-амперная характеристика туннельного диода может быть полу­чена путем суммирования вольт-амперной характеристики обычного р-Нперехода и зависимости I^ = /(¿7) (рис. 15-15, а). В области обратных напря-Рис. 15-15. Вольт-амперные характеристики тун ­нельного диода.J — кривая диффузионного тока; 2 — туннельный3 — сум м арная характеристика.то к;Рис. 15-16.

Вольтамперная характери­стикаобращенногодиода.жений кривая тока практически повторяет зависимость 1 1 = / ({/), к обратномутуннельному току добавляется значительно меньший обратный ток /<,г>р.Начальный участок прямой ветви такж е определяется зависимостью /( = /(£/);диффузионный ток очень мал.

При больших напряж ениях стремится к нулюи вольт-амперная характеристика при­нимает обычный вид: ток определяетсядиффузионным движением основныхносителей.На кривой рис. 15-15, б нанесеныхарактерные точки зависимости / = /([/)для туннельного диода, служащие егопараметрами. На участке изменениянапряжений от {7П до II й приборхарактеризуется отрицательным диффе­ренциальным сопротивлением.Рпс. 15-17. Устройство тун ­нельного диода патронноготипа.Рис.

15-18. Устройство тун­нельного диода таблеточ­ного типа.1 — кристалл полупроводника;2 — р - п переход; 3 — соедини­тельный электрод; 4 — корпус;5 — верхний вы вод; в — ниж­ний вывод; 7 — втул ка.1 — кр и стал л полупроводника;2 — р-п переход; 3 — соедини­тельный электро д; 4 — корпус;5 — верхний вы вод; в — нижнийвы вод.Обращенный диод. При меньшей степени легирования полупроводникавольт-амперная характеристика имеет вид, показанный н а4рис. 15-16. М ак-симума кривой I = /(£/) не наблюдается; но вследствие туннельного эффектаначальный участок прямой ветви становится более пологим. Если повернутьэту кривую на 180°, получится характеристика, напоминающая вольт-амперную характеристику диода, но отличающаяся очень малым сопротивлениемпри прямом напряжении (пунктирная кривая). Такие приборы называютсяобращенными диодами.Параметры туннельных диодов.

В качестве параметров используютсянапряжения и токи, характеризующие особые точщцвольт-амперной харак­теристики (рис. 15-15, б). Пиковый ток /п соответствует максимуму вольтамперной характеристики в области туннельного эффекта. Напряжение Г/псоответствует то к у /п . Ток впадины /в и соответствующее ему напряжениеи в характеризую т вольт-амперную характеристику в области минимуматока.

Н апряжение раствора 1/рр соответствует значению тока 7П на диф­фузионной ветви характеристики.Падающий участок зависимости I — / (и ) характеризуется отрицатель­ным дифференциальным сопротивлением гд = —величинукоторогос некоторой погрешностью можно определить по следующей формуле:ип- и пвп(15-15;Иногда в справочниках приводится такж е отношение токов V ' в .Д ля изготовления туннельных диодов в настоящее время используютсягерманий и арсенид галлия. Примеры конструкции туннельных диодов данына рис. 15-17 и 15-18,Глава ш естн адц атаяВОПРОСЫ ПРИМ ЕНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХПРИБОРОВ16-1.

ш у м ы в ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХСобственные ш умы полупроводниковых приборов оказывают такое жевлияние на работу различных радиотехнических устройств, как и собствен­ные шумы электронных ламп (см. гл. 5). Особенно существенно влняпие соб­ственных шумов в устройствах, предназначенных для преобразования сиг­налов малых амплитуд: в смесителях на входе радиоприемных устройств,во входных ступ енях усилителей н т. п.Основные источники собственных шумов полупроводниковых приборовте же, что и в электронных лампах, — электрические флуктуации, проявляю­щиеся в виде дробового эффекта, шумов токораспродоления, тепловых шумовв объемных сопротивлениях и др. Физическая природа этих явлений рассмат­ривалась в § 5-1.Специфическими для полупроводниковых приборов являются так назы­ваемые избыточные (низкочастотные) шумы, обусловленные различными по­верхностными явлениями.Дробовой ш ум.

Среднеквадратичное значепие шумового тока, обусловлен­ного дробовым эффектом, определяется, как было показано в гл. 5, выраже­нием (5-3)*¿ = 2®/А/.*Для полупроводниковых диодов ток I — это ток, текущий через диод.В транзисторах, к а к известно, ток эмиттера разветвляется на два тока: ток,текущий в цепи базы , и ток в цецц коллектора. Поэтому среднеквадратичныйшумовой ток можно определить для каждой цепи отдельно.

Т ак, для транзи­стора, работающего в активном режиме в схеме О Б, можно записать:*ш.эб = 2 е ( 1 — Л210) -^эД/(16-1)для цепп эмиттер — база;¿ш. бк = 2е/КБ0 Д/.(16-2)— для цени коллектор — база;¿шГэк = 2 ?Л г1 б /эД /(16- 3 )— для цепп эмпттер — коллектор.Тепловой шум. Среднеквадратичное значение напряжения тепловыхшумов, выделяемого флуктуацнонпой составляющей 'н а сопротивлении Л ,определяется выражением (5-11)иш = 4А7’7?Д/,а среднеквадратичное значение шумового тока — выражением (5-12)4 = 4Ыг4-АЛнВ полупроводниковых приборах источниками тепловых шумов могутслужить объемные сопротивления областей эмиттера (гэ), базы (го), коллек­тора (гк), а такж е сопротивления переходов (гпер).Так, например, среднеквадратичная величина шумового тока в диодес учетом тепловых шумов в электронно-дырочном переходе может бытьзаписана следующим образом:£ыГя==2е/Д/ + 4&7’——Д/."пер(16-4)Расчет шумов по этой формуле достаточно хорошо согласуется с результа­тами экспериментальных измерений шумов в большинстве полупроводнико­вых диодов.В транзисторах обычно гг, > г 9 и га > г„.

Поэтому учитывают главнымобразом шумы в объемном сопротивлении базы:¿ш. т.б “ 4&Т’-г б'Д/.(16-5)Избыточные шумы. Природа этих шумов еще недостаточно и зучена.Основными источниками избыточных шумов принято считать флуктуацииэлектрических процессов на поверхности полупроводникового кристалла:флуктуации поверхностных токов утечки, процессии рекомбинации на поверх­ностных ловушках и др.В отличие от дробовых п тепловых шумов, спектр которых весьма широк,избыточные шумы по своему спектральному составу — шумы низкочастотные._ Среднеквадратичная величина тока избыточных шумов изменяется приизменении частоты, так что спектр этих шумов д л я большинства приборовпрактически ограничен частотой порядка 10 кГ ц .

Характеристики

Список файлов книги