- •5.3 Температурные зависимости вах pn-перехода
- •5.3 Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на вах pn-перехода.
- •5.4 Барьерная емкость pn-перехода
- •5.5 Диффузионная емкость pn-перехода
- •5.6 Пробой pn-перехода
- •5.6.1 Лавинный пробой pn-перехода
- •5.6.2 Туннельный (полевой, зинеровский) пробой pn-перехода
- •5.6.3 Тепловой пробой pn-перехода
- •5.7 Влияние сопротивления базы на вах pn-перехода. Полупроводниковый диод
5.3 Температурные зависимости вах pn-перехода
Повышение температуры приводит к росту собственной концентрации,
|
(2.16) |
а следовательно, и к росту тока насыщения (рис. 5.8),
|
(5.43) |
Контактная разность потенциалов с ростом температуры уменьшается, т.к. при высоких температурах уровень Ферми стремится к середине запрещенной зоны и qφк стремится к нулю.
Поэтому стремятся использовать полупроводниковые материалы с большей запрещенной зоной (Si, GaAs, SiC).
|
Рис. 5.8. Изменение ВАХ при повышении температуры |
5.3 Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на вах pn-перехода.
При вводе ВАХ pn-перехода предполагалось, что генерацией носителей заряда в обедненной области шириной W можно пренебречь. Это условие действительно справедливо для полупроводников, ширина запрещенной зоны которых невелика (например, в Ge). Однако для таких материалов как Si и GaAs генерационно-рекомбинационный ток в ОПЗ может быть сравним с током насыщения диода, создаваемым неосновными носителями, и даже превосходить его.
Наибольшую роль в генерационно-рекомбинационных процессах играют центры захвата (ловушки), энергетические уровни которых расположены вблизи середины запрещенной зоны полупроводника.
При прямом смещении pn-перехода высота потенциального барьера снижается, поток основных носителей из квазинейтральных областей возрастают и внутри ОПЗ процессы рекомбинации преобладают над процессами генерации носителей.
При обратном смещении pn-перехода высота потенциального барьера увеличивается, ОПЗ обеднен основными носителями, процессы генерации преобладают над процессами рекомбинации. В результате тепловой генерации электронно-дырочных пар в ОПЗ образуется ток генерации, который складывается с током насыщения.
Ширина ОПЗ зависит от смещения:
. |
(5.17) |
Следовательно, весь объем ОПЗ при прямом смещении уменьшается, а при обратном смещении увеличивается. В соответствии с этими изменениями объема изменяется вклад генерационно-рекомбинационных процессов.
Согласно теории генерационно-рекомбинационного тока ВАХ описывают соотношением:
|
(5.39) |
где m2 – параметр, зависящий, от характера распределения примесей вpn-переходе.
|
(5.40) |
где ni – концентрация носителей заряда в ОПЗ (допускается, что его проводимость близка к собственной), τeff – эффективное время жизни электронно-дырочных пар в ОПЗ, W(Vсм) – ширина ОПЗ.
Для оценки эффективного времени жизни носителей в ОПЗ можно воспользоваться следующей формулой:
(5.41) |
Для многих практических случает можно использовать следующие формулы:
- прямое смещение pn-перехода:
, |
(5.42) |
- обратное смещение pn-перехода:
. |
(5.43) |
Таким образом, общий ток идеального pn-перехода равен сумме диффузионной (5.37) и генерационно-рекомбинационной компонент и (5.39) (рис. 5.9).
|
Рис. 5.9 |
5.4 Барьерная емкость pn-перехода
Как следует из распределения концентрации свободных носителей, в ОПЗ резко падают, сопротивление ОПЗ велико по сравнению с квазинейтральными областями, то есть pn-переход обладает свойствами конденсатора. Барьерная емкость ступенчатого pn-перехода с площадью S может быть определена по формуле:
. |
(5.44) |
где ε0 – диэлектрическая постоянная, εs – диэлектрическая проницаемость полупроводника, W – ширина ОПЗ.
Соответствующая зависимость барьерной емкости от напряжения, показана на рис. 5.10.
|
Рис. 5.10 |
Емкость pn-перехода может изменяться в значительных пределах, что позволило использовать это свойство в варикапах.