Гусев - Электроника (944138), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Изменение ширины перехода для носителей заряда этого происхождения не играет существенной роли. Они как генерировались в пределах толщины, определяемой диффузионной длиной, так и будут генерироваться, Соответственно ток, обусловленный движением этих носителей заряда, останется без изменения, т. е. таким:~с, как и в равновесном состоянии, при котором он был равен гоку 7г и направлен навстречу ему. Следовательно, результирующий ток через р-и-переход при приложении прямого напряжения 1„= Гг — 1т = Уг 1е П "Р' — 1).
(2. 19) Это уравнение идеализированного р-п-перехода, на основе которого определяют вольт-амперные характеристики полупроводниковых приборов. Ток У называют тепловым или обратным током насыщения. Его значения для полупроводника с определенными концентрациями примесей зависят только от температуры последнего и не зависят от приложенного напряжения. Изменение ширины р-и-перехода и распределение потенциалов вблизи р-и-перехода представлено па рис. 2.8, а„б.
Переход, смещенный в обратном направлении. Если к электронно-дырочному переходу приложено обратное напряжение, полярность которого совпадает с направлением контактной разнос~и потенциалов («+»---к п-области, « — » — к р †области), то общий потенциальный барьер повышается (рис. 2.9, а, б). Движение основных носителей через р-и-переход уменьшится и при некотором значении Г совсем прекратится, т.
е. в этом случае электроны и дырки начнут двигаться от р-п-перехода и дефицит свободных носителей заряда в р-и-переходе увеличится (рис. 2.9, а). При этом ток обусловлен движением неосновных носителей, которые, попав в поле электронно-дырочного перехода, будут им захватываться и переноситься через р-п-переход. Процесс «отсоса» неосновных носителей заряда (при обратном включении напряжения) называется экстракцией. бч ~ «яаяо ЬяФяя1еее.е п~, ~, явят еогтоянии Уход неосновных носителей заряда приведег к гому, что концентрация их у границ р-и-перехода снизится до нуля.
Неосновиые носи гели заряда вследствие диффузии начнут двигаться к границе р-пт-перехода, компенсируя убыль зарядов и создавая электрический ток. При малых значениях обратного напряжения кроме оного тока через переход движутся основные носители заряда, вызывая противоположно направленный ток 1'г = 1, е ь ' "'. Результирующий ток р-и-перехода ~„а,=-1г — 1т =1т (е — !). (2.20) Рис 2.9. Структура р-л-перехода. сме- щенног о а обратном направлении ~иу; распределение потенпиала в р-л-пере- ходе КО Таким образом, тепловой ток, вызванный движением неосновных носителей заряда, и в этом случае остается неизменным. а ток, вызванный диффузией основных носителей заряда, уменьшается по экспоненциальному закону. Прп ) Г).
равном нескольким грг (д. =25 мВ при Т=ЗОО К), током основных носителей заряда можно пренебречь. Значение обратного тока не зависит от обратного напряжения. приложенного к р-и-переходу. Поэтому тепловой ток 1 в этом случае называют обратным током насыщения или просто обратным т оком. Это объясняется тем. что все неосновные носители заряда. генерируемые в объеме, ограниченном диффузионной длиной и площадью р-л-перехода„участвуют в движении через р-л-переход. Из рассмотренного следует, что идеализированный р-и- переход имеет вентидьные свойства.
При приложении напряжения, смешающего е1о в прямом направлении, через переход протекает электрический ток, значение которого при повышении напряжения увеличиваются по >кспоненциальному закону. Изменение полярности приложенного напряжения приводит к смещению р-л-перехода в обратном направлении и его сопротивление возрастает. Через переход протекает малый тепловой ток, значение которого не зависит от приложенного напряжения и увеличивается по эксноненциальноыу закону нри повышении гемпературы.
Переходы р-1еэ ть1-, р'-р-, л -и-тинов. Кроме р-п-переходов встречаются и другие типы переходов. Эго связано с наличием в некоторых полупроводниках обласгей, концентрации носи- ~елей заряда в которых существенно различны. Можно, например, получить полупроводник, в одной ооласти ко~срого электропроводность собственная ((), а в пру~ ой. " примесная (р или и). Переход между этими двумя ооластями носит название р-й или л-биерехода. Если в одном из слоев концентрация основных носителей заряда намного выше (н ', р '), чем в лругой области с однотипной электропроводцостькз, то возникакзт л -л- или р -р-переходы.
При контакте собственного и примесного полупроводников (р„>р, и л„>л,) из-за разности концентраций носителей зарядй возникает диффузия дырок в собственный полупроводник ~'-типа и электронов в полупроводник р-типа. Появляется разность потенциалов, образованная областью с нескомпенсированными отрицательно заряженными ионами акпецгорных примесей и дырками, в полупроводнике с собственной электропроводностью. Однако эта разность потенциалов значительно меньше, чем в р-в-переходе, и слой, обедненный носителями заряда, простирается большей частью в область собственного полупроводника. Наличие высокоомной области в полупроводнике с собственной относительно малой электропроводностью приводит к тому, что на переходе падает только часть приложенного напряжения и вептильные свойства у р-~з и л-)-переходов выражены значительно слабее, чем у р-л-перехода.
При приложении к нему обратного напряжения обратный ток оказывается больше, чем в )э-в-переходе. При прямом смещении р-й и л-~'-переходов прямой ток меньше, чем в р-л-переходе, и меньше зависит от приложенного напряжения. На основе р-~з и л4-переходов создают полупроволниковые приборы, допускающие подключение высоких обратных напряжений. В обычном р-и-переходе подключение высокого напряжения может созпать в нем настолько высокую напряженность электрического поля, что наступит электрический пробой последнего. Если р- и л-области разделить высокоомным слоем с собственной электропроводностью, то напряженность поля в переходе снизится при том же значении потенциального барьера. Такой р-йл-переход будет иметь как бы ступенчатое изменение контактной разности потенциалов и концентрации примесей.
При контакте двух полупроводников с злектропроводностью одного типа. именццих разную концентрацию примесей, высота потенциального барьера ниже, чем в р4-переходе, так как разность в положениях уровней Ферми М„т — Юк ) " Йг ~рк ) меньше, чем (дк — <рг ) и (<рк — ~рг ). Этй переходы 'имеют некое орую асимов(стрик> электрбпроводности. но практически пе обладают вентильными свойствами. Соответственно в них отсутствует инжекция неосновных носителей заряда в высокоомную область. я.а. осоввнности нвлльных рг пвявходов В идеальном р-л-переходе обратный ток уже прн сравнительно небольшом обратггоы напряжении не зависит от значения последнего.
Однако при исследованиях реальных р-л-переходов наблюдается достаточно сильное увеличение обратного гока при увеличении приложенног о напряжения, причем в кремниевых сгруктурах обратный ток на 2-- 3 порядка выше зепловог"о. !'акое огличие экспериментальных данных от теоретических обьясняется гермогенерацией носителей заряда непосредственно в области р-и-перехода и существованием канальных токов и токов утечки. Кггншгыгьгг токи обусловлены наличием поверхностных энергетических состояний, искривляющих 'гнергегические зоны вблизи поверхности и приводягпих к появлению инверсных слоев. Эти слои называют каналами, а токи, протекающие через переход между инверсным слоем и соседней областью,— канальными токами. Емкости р-и-перехода.
Наряду с электропроводностью р-л-переход имеет и определенную емкость. Емкосгные свойства обусловлены наличием по обе стороны от границы электрических зарядов, которые созданы ионами примесей, а также подвижными носителями заряда, находящимися вблизи границы р-л-перехода. Емкость р-и-перехода подразделяют на две составляющие: б а р ь е р и у ю, отражающую перераспределение зарядов в р-л-переходе, н диффузионную, отражающую перераспределение зарядов вблизи р-л-перехода. При прямом смещении перехода в основном проявляется диффузионная емкость, при обратном грежнм экстракции) заряды вблизи р-л-перехода (в базе) меняются мало и основную роль играет барьерная емкость. Так как внешнее напряжение влияет на ширину р-гг-перехода. значение пространственного заряда и концентрацию инжектированных носителей заряда, то емкость р-и-перехода зависит от приложенного напряжения и его полярности.
Барьерная емкость Ск,р обусловлена наличием в р-л-переходе ионов донорной и акцепторной примесей, которые образуют как бы две заряженные обкладки конденсатора. При изменении запирающего напряжения, например увеличении, ширина р-л-перехода увеличивается и часть подвижных носителей заряда (эггектронов в области л и дырок в области р) отсасывается электрическим полем от слоев. прилегающих к переходу. Перемещение этих носителей заряда вызывает в цепи ток асг„,, е и (2.2! ) где йД„,е,'г)г — изменение заряда обедненного слоя р-л-перехода. Этот ток становится равным нулю по окончании переходного процесса изменения границ уг-л-перехода. гз Величину С„„для резкого перехода можно определить из приближенного выражения б " Г ,) с'„-~ ьд'' где 5,!, -- площадь и толщина -и )э-гг-ггерехода при С=О. а) 4 С увеличением приложенного обратного напряжения Рис 2 !О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
