promel (967628), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Рассмотрение процессов в р-и-переходе при наличи внешнего напряжения имеет непосредственное отношение к изучени вентильных свойств полупроводникового диода и его вольт-амперно характеристики. Прл,иая ветвь вольт-амперной характеристики диода Рассмотрим случай, когда внешнее напряжение подключено р-и-структуре в прямом направлении, т.
е. плюсом источника к вь воду р-области, а минусом источника — к выводу и-облает (рис. 1.9, а). При таком подключении источника создаваемое им эле трнческое поле направлено противоположно внутреннему полю переходе, что приводит к уменьшению результирующего поля в рпереходе. Объемный заряд обоих знаков, сосредоточенный в переход по разные стороны границы раздела, будет определяться не тольк величиной гр,, обусловливаемой, как было показано, диффузионны движением носителей заряда под действием разности их концентраци в приграничных слоях, но и внешним напряжением (г,.
Если пр небречь падением напряжения в слоях р- и п-структуры, то объемно. заряду в переходе будет отвечать напряжение грь — В ю меньше чем в отсутствие внешнего источника. Следовательно, уменьши ся и обусловленный напряжением объемный заряд в р-п-переход Величина Чго — (У, определяет высоту потенциального барьера р-и-переходе прн включении внешнего напряжения в прямом напра ленин (рис. 1.9, б). Уменьшение объемного заряда (потенциально барьера) проявляется в сужении р-п-перехода, которое происход в основном за счет гг-слоя, как более высокоомного. Уменьшение потенциального барьера облегчает переход основн носителей заряда под действием диффузии через границу раздела соседние области, что приводит к увеличению диффузионного то через р-и-переход (рнс, 1.9, е).
Указанное явление называют и ж е к ц н е й н о с н т е л е и з а р я д а через р-п-переход. Вместе с тем дрейфовый ток через р-п-переход, создаваемый и токами неосновных носителей заряда, подходящих из прнграпичн к р-|г-переходу, остается без изменения. Разность дрейфового токов определяет результирующий через р-л-переход (прямой ток диода).
Плотность ев ТОЛЩИНО|й слоев дяфф фл.узионного и мой ток пр рямого тока 25 (1.12) О повышением приложенного внешнего напряжения диффузионный ток „' ок чвеличивается (так как уменыпившийся потенциальнын барьер способны преодолеть основнь!е носителя заряда, обладающие меньшей энер- и, гней), всвязи с чем возрастает прямой ток через р-и-переход. Примерный внд ('а 4 а1 цряк|ой ветви вольт-ам- м 'а ц е р н о Й характеристики р-|г-перехода (диода) показан яа рис.
1.9, г (ток |Н-:~, на рис. 1.9 равен произведению плотности тока Гв через р-и-переход на площадь его сечения 5). рга ~' гт' ~ В кремниевых диодах величина в1 выше, чем в германиевых. Одинаковая величина внешнего напряжения У, ди рр т — 7~ здесь создает меньшее относительное снижение потенциального барьера, чем вг а'аи д д,гвг в германиевых диодах, и обусловливает лиар д меныпий прямой ток при одинаковой в площади р-и-перехода.
Ббльшая вели- и гр чапа |ро является одной из причин большего падения напряжения ЙВ, в кремниевых диодах (0,8 — 1,2 В) по сравнению с германиевыми диодами г/ (0,3 — 0,6 В) при протекании тока в прямом направлении. Такинг образом, падение напряжения Л(ув в полупро- аиа' и водниковых диодах не превышает 1,2 В, что выгодно отличает их от диодов дРу- рис, 1.9.
Полупронодняконмя гнх типов, в частности электровакуум- диод при подключения нггешных и газоразрядных (нонных). не|.о напрягкения н прямом РаССМОТРИМ раецрсдЕЛЕНИЕ Нсраа- направлении' нов а — схема еклюпенвя; б — потеннн- ЕСНЫХ КОНЦЕНТРаЦИЙ НОСИТЕЛЕЙ За" альнмй барьер прп прямом напряряда В Прндстак|щнк К п.л.яспЕХодтт меввн; а — Распределение коннен- траний носителей наряда; а — пря.
~лОяХ (рНС. 1.9, В), СОЗдаВаЕМЫХ дИф- мая ветвь вольт.амперной харак. Фузией носителей через смещенный в тернствкк прямом направлении р-л-переход. Это важно для лучшего уяснения вида прямой ветви вольт-амперной ~~рактеристики диода и представления общей картины протекания тока через диод в цепи с внешним источником.
то Ппи прямом смещении р-л-перехода диффузионные составляющие ока существенно превышают дрейфовые составляющие. В связи с эти "и избыточные концентрации неравновесных носителей заряда в прилегающих к р-и-переходу слоях, создаваемые диффузией носи телей через р-и-переход, будут значительно превьш|ать сннженн концентрации одноименных (неосновных) носителей заряда, созда ваемое вследствие их ухода через р-п-переход за счет дрейфа. Иным словами, граничные концентрации электронов и (О) и дырок р„(0) а также распределение концентрации пр(х) и р„(х) в прилегающи к переходу слоях (рис.
1.9, в) будут определяться входя|цими в этн слои в результате диффузии через р-п-переход электронами и дырками. Граничные концентрации входящих в р-слой электронов пр(0 н в п-слой дырок р„(0) влияют на градиенты концентрации неравно весных носителей заряда на границе с рчг-переходом н тем самы согласно (1рй) определяют соответственно диффузионные составляю щие токов У „е„и / „, протекающие через р-п-переход. Граничные концентрации неосновных носителей заряда связань с прямым напряжением на р-и-переходе соотношениями У/г пр(0) = л,,е (1.13) па~ тт р„(0) = р„е (1.! За где и„, — равновесная концентрапия электронов в р-слое; р„„— равновесная концентрация дырок в п-слое.
Экспоненциальный характер зависимости граничных концентра ций от приложенного прямого . апряжения определяет экспоненциальную зависимость от него диффузионных составляющих, а следовательно, и анодного тока на прямой ветви вольт-амперной характеристики (рис. 1.9, г). Диффунднруя в глубь слоев, неравновесные электроны рекомбинируют с дырками р-слоя, а неравновесные дырки — с электронам п-слоя. В связи с этим концентрации неравновесных носителей заряда уменьшаются по экспоненциальному закону до значений равновесных концентраций (рис.
1.9, в). На расстоянии диффузионных длин (.„ и Е их концентрации уменьшаются в г раз, В несимметричном р-п-переходе концентрация дырок в р-слое на несколько порядков превышает концентрацию электронов в пслое (р„ » и„), а для концентраций неосновных носителей заряда характерно обратное соотношение: прр « р„р. Этим объясняется, что в несимметричном переходе граничная концентрация р,(0) » » пр(0) н ток через р-п-переход создается в основном диффузней дырок из р-слоя в а-слой (дырочной составляющей диффузионного тока), р-слой, осуществляющий эмиссию дырок через р-п-переход, называют э м и т т е р о м, Поскольку основой при получении р-и- структуры диода обычно служит полупроводниковый материал п-типа, и-слой называют б а з о й.
Неравновесная концентрация дырок в близлежащем к р-и-переходу слое базы создает положительный заряд. Его компенсируют вошедшие под действием сил электрического притяжения электроны от отрицательного полюса источника, в связи с чем базовый слой я электрически нейтральным, Эти электроны увеличивают остаетс „грацию основных носителей заряда в примыкающем ь р-и-перекопав» базовом слое (на рис.
1.9, е не показано). Ее распределение ходу вдоль ' л оси х соответствует распределению вдоль этой оси концентрации иерав шювесных дырок, вызванной их диффузией через р-п-переход. )!епрерывные диффузия дырок через р-и-переход и их рекомбинани ия с электронами в прилегающем слое базы создают непрерывный прит „ок электронов от отрицательного полюса источника, а следа.
ельно, и ток в рассматриваемом участке цепи. Таким образом, „время как прямой ток в р-и-переходе определяется диффузион„ым током дырок, ток в основной части базового слоя и внешнем выводе обусловливается дрейфовым током электронов. В примыкашем к р-и-переходу базовом слое прямой ток равен сумме диффузиопного тока дырок и дрейфового тока электронов. Уменьшение дырочной диффузионной составляющей тока по мере удаления от границы р-л-перехода объясняется уменьшением градиента концентрации дырок вследствие их рекомбинации с электронами Описанное явление обычно наблюдается при относительно большой ширине и-слоя втакназываемых диодах с толстой базой, В диодах с тонкой базой, когда ее толщина соизмерима с диффузионной длиной дырок Ер (рис. 1.9, е), большинство дырок успевает в результате диффузии пройти базу без рекомбинации, в связи с чем ток в базе будет преимущественно определяться диффузионным током дырок.
Подобные процессы наблюдаются и в слое эмиттера. Избыточная концентрация электронов, созданная в прилегающей к р-и-переходу области под действием диффузии, компенсируется повышением там концентрации дырок (на рис. 1.9, е не показано). Однако для несим. метричного р-и-перехода роль электронной составляющей диффузионного тока в общем токе, протекающем через переход, мала. Ее Роль несущественна и в токе, протекающем через эмиттерный слой.
Ток через эмиттерный слой обусловливается в основном дрейфовым ~оком дырок ввиду существующей в этом слое напряженности электРического поля от внешнего источника. Обратная ветвь вольт-и иперной характеристики диода При подключении к диоду источника внегпнего напряжения в о б Р а т н о м н а п р а в л е н и и (рис. !.10, а) потенциальный Рьер возрастаег на величину ()ь и становится равным ~ре + (!ь (Рис. 1.!О, б). При этом увеличиваются объемный заряд в р-и-перехо е оде н его ширина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
