Главная Движение носителей электрических зарядов



носителей заряда в обеих областях и высоко сопротивление р-и-перехода. Так как концентрация неосновных носителей заряда определяется тепловой генерацией, ток, образованный ими, называют тепловым. Его значение при данной температуре определяется скоростыо тепловой генерации носетелей заряда. Так как при обратном включении р-п-перехода увеличивается потенциальный барьер, то ширина р-и-перехода / также звеличивается. Это вызывает повьш;1ение сопротивления запирающего слоя. Прялое и обратное включение р-и-перехода иногда называют прямым и обратным смещением.

Вольт-змпериай характераегака р-?г-перехода. Зависимость тока через р-и-переход от приложенного к нему напряжения / = f{U) назьшают вольт-амперной характеристикой р-п-пергхода. На основании (16.10) и (16.13) она описывается уравнением

/=:/о(屫ОД*т) 1). (16.14)

Если р-и-переход включен в прямом направлении, напряжение V берут со знаком плюс, если в обратном - со знаком минус. При комнатной температуре кТк 0,025 эВ, поэтому, согласно уравнению (16.14), можно сделать следующие выводы. Если прямое напряжение [7 5 0,1 В, можно считать, чго 1 = 1оеяи/(кТ) т. е. прямой ток растет с повышением напряжения экспоненциально. Если обратное напряжение и = -0,1 В (или по абсолютному значению больше), то в (16.14) можно пренебречь членом е-и/(кт) считать, чго Ip = - о- Таким образом, обратный ток равен тепловому току, который от напряжения не зависит, поэтому рост тока при значительном повышении напряжения (до определенного предела) почти прекращается, наступает как бы его насыщение. Поэтому тепловой ток Iq назьшают также током насыщения.

Вольт-амперная характеристика р-и-перехода показана на рис. 16.16,а. Обратный ток обычно на несколько порядков меньше прямого. Поэтому р-и-переход обладает свойством односторонней проводимости (рис. 16.16,6). При повышении температуры прямой ток через р-и-переход увеличивается. Но так как он зависит от концентрации основных носителей заряда, которая растет незначительно, это увеличение незначительно (рис. 16.16,6).


> J

hip, М" 6)



На обратный ток повышение температ>ры влияет существенно, посколы<у он зависит от концентрации неосновных носителей заряда, которая при повышении температуры экспоненциально возрастает.

Дадим определение некоторым понятиям, используемым при описании полупроводниковых приборов. При прямом смещении потенциальный барьер понижается и через него перемещаются основные носители заряда в смежную область, где они являются неосновными. Это явление называется инжекцией (впрыскиванием). Область, из которой инжектируются носители заряда, называется эмиттером, а область, в которую они инжектируются и где они являются неосновными,- базой.

В полупроводниковых приборах концентрации примесей в разных областях кристалла разные, а следовательно, отличаются и концентрации основных носителей заряда. Различают низкоомную и высокоомную области. В этом случае преобладает инжекция из низкоомной области, и эту область называют эмиттером, а высокоомную - базой.

Под действием поля р-и-перехода неосновные для данной области носители заряда перемещаются через р-и-переход в соседнюю область. Процесс вьшедения неосновных носителей заряда через переход под воздействием поля этого перехода при подключении р-и-перехода к источнику внешнего напряжения называется экстракцией (извлечением).

Емкости р-?г-Пфехода. По обе стороны от металлургической границы р-и-перехода находятся ионизированные атомы донорной и акцепторной примесей, образующие отрицательные и положительные пространственные заряды. При изменении напряжения, приложенного к переходу, изменяется его ширина, а следовательно, и пространственный заряд. Поэтому плоскостной р-и-переход можно рассматривать как две пластины конденсатора с равными по значению, но противоположными по знаку зарядами (Qp = - Q„), т. е. р-и-переход обладает емкостью. Емкость, обусловленная перераспределением зарядов в переходе, называется барьерной. Заряд Q зависит от напряжения, но не пропорционален ему, и емкость определяется как отношение приращения пространственных зарядов в р-и-переходе к вызвавшему это приращение изменению напряжения:

Сб = dQ/dU. (16.15)

Заряд (положительный или отрицательный) можно найти из выражения

Q = qNSl, (16.16)

где N - концентрация донорной или акцепторной примеси; S и Z - соответственно площадь и ширина р-и-перехода, причем для несимметричного р-и-перехода при его прямом и обратном включении

2-(Аф«-с/) = го

(16.17)

Здесь £ - относительная диэлектрическая проницаемость среды; Eq - электрическая постоянная; N = N, если » N„; N = N„, если » Ny, и - напряжение, приложенное к переходу (при прямом включении



и >0, при обратном - U <0); /о =

Афк - ширина р-и-перехода

в равновесном состоярпги.

Подставив в (16.16) соотношение (16.17) и продифференцировав его по напряжению, получим

(16.18)

Первый сомножитель в (16.18) определяет емкость обычного плоского конденсатора, второй - характеризует зависимость барьерной емкости от приложенного напряжения.

При подключении к р-и-переходу прямого напряжения из каждой области полупроводника в смежную инжектируются не основные для нее носители заряда (вследствие диффузии при понизившемся потенциальном барьере). В тонких слоях около границы р-и-перехода возникает избыточная концентрация неосновных носителей. Для нейтрализации этого избыточного заряда из прилегающих слоев отсасываются основные носители, число которых пополняется за счет источника. Таким образом, в каждой области у границы р-и-перехода возникают равные по значению, но противоположные по знаку заряды бдиф- Существенно наличие зарядов в базе вследствие большей концентрации носителей в эмиттере, чем в базе. При изменении напряжения изменяется число инжектированных носителей, а следовательно, и заряд. Изменение заряда на границе перехода подобно изменению зарядов на обкладках конденсатора при изменении приложенного к нему напряжения. Емкость, связанную с изменением инжектированных рюсителей при изменении напряжения, называют диффузионной и определяют как отношение приращения инжектированного заряда в базе к вызвавшему его приращению напряжения:

C, = dQ.dU. (16.19)

Диффузионная емкость увеличивается с увеличением прямого тока. Кроме того, она тем больше, чем больше время жизни неосновных инжектированных носителей заряда, так как при этом меньше рекомбинация и больше носителей накапливается у границы р-и-перехода.

При подключении к р-и-переходу обратного напряжения перераспределение зарядов вследствие экстракции незначительно, поэтому диффузионная емкость мала. При прямом напряжении диффузионная емкость значительно больше барьерной, а при обратном напряжении - наоборот. Поэтому при прямом напряжении учитывают Сдф, а при обратном - Cg.

Проб< р-?г-перэхода. Резкое возрастание обратного тока, наступающее даже при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения, назьшают пробоем перехода. Природа пробоя может быть различной: он может быть электрическим, при котором р-и-переход не разрушается и сохраняет работоспособность, и тепловым, при котором разрушается кристаллическая структура полупроводника. Электрический пробой связан со значительным увеличением напряжен-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [101] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0138