- •1 Движение электрона в кристалле. Уравнение Шрёдингера, волновая функция
- •1.2 Движение электронов в атоме
- •1.3 Зонная теория твердого тела
- •Глава 2. Электропроводность полупроводников
- •2.1 Собственные и легированные полупроводники. Уравнение электронейтральности
- •2.2 Статистика электронов и дырок
- •2.2.1 Заполнение электронами зон вырожденного полупроводника
- •2.2.1 Заполнение электронами и дырками зон невырожденного полупроводника
- •2.2 Положение уровня Ферми и расчет концентрации носителей
- •2.2.1 Донорный полупроводник
- •2.3 Электропроводность полупроводников
- •2.3.1 Электронная проводимость
- •2.3.2 Дырочная проводимость
- •2.3.3 Собственная проводимость
- •Глава 3. Неравновесные электронные процессы
- •3.4 Диффузионный и дрейфовый токи
- •3.2. Неравновесные носители в электрическом поле
- •3.2.1. Уравнение непрерывности тока
- •5 Контакт электронного и дырочного полупроводников
- •5.1 Возникновение потенциального барьера. Контактная разность потенциалов.
- •5.2 Вольтамперная характеристика p-n-перехода
- •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
- •5.8 Выпрямление на полупроводниковом диоде
- •5.8.2 Переходные процессы в полупроводниковых диодах
- •5.9 Полупроводниковые диоды
- •5.9.1 Выпрямительные диоды
- •5.9.2 Стабилитроны
- •5.9.3 Туннельные диоды
- •6 Биполярные транзисторы
- •6.1 Включение транзистора по схеме с общей базой
- •6.1.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.1.2 Усиление транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.2 Включение транзистора по схеме с общим эмиттером
- •6.2.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенные по схеме с общим эмиттером
- •6.3 Включение транзистора по схеме с общим коллектором
- •6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
- •6.5 Работа транзистора в импульсном режиме
- •7 Тиристоры
- •7.1 Вольт-амперная характеристика тиристора
- •7.2 Типы тиристоров
- •8 Униполярные транзисторы
- •8.1 Полевой транзистор с управляющим pn- переходом (птуп)
- •8.1.1 Вольт-амперные характеристики птуп
- •Мдп–структура
- •1. Идеальная мдп-структура
- •2 Вольт-амперные характеристики мдп-транзистора
- •8.2.2 Схемы включения мдп-транзистора
- •4.2. Барьер на границе металла с полупроводником (барьер Шоттки)
- •4.2.1 Выпрямление тока на контакте металла с полупроводником
- •Фотоэлектрические полупроводниковые приборы
- •7.2. Полупроводниковые источники оптического излучения
- •10 Классификация интегральных микросхем
- •10.2 Условные обозначения микросхем
- •10.3 Элементы микросхем
- •10.4 Технология изготовления микросхем
- •10.4.1 Корпуса микросхем
5.7 Влияние сопротивления базы на вах pn-перехода. Полупроводниковый диод
Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя выводами.
До сих под мы говорили об идеальном pn-переходе, то есть не учитывали падение напряжения на квазинейтральных областях. При приложении напряжения к реальному полупроводниковому диоду, часть напряжения падает на контактах (см. подраздел 4.3), если же контакты омические, то на квазинейтральных областях. При условии, что одна квазинейтральная область – эмиттер - (в нашем случае p-область) легирована сильнее другой области (базы), особую роль играет сопротивление последней.
При протекании тока I через диод падение напряжения на базе . Величина сопротивления базызависит от удельного сопротивления базы и геометрии растекания тока. Для плоскостных диодов, линейные размерыpn-перехода в которых много больше толщины базы, сопротивление базы определяется простым соотношением (см. раздел 2):
, |
(5.57) |
где – удельное сопротивление,– толщина базы, зависящая от напряжения смещения.
Падение напряжения на ОПЗ pn-перехода можно найти из формулы Шокли (5.42):
, |
(5.58) |
тогда полное падение напряжения на диоде
, |
(5.59) |
Прямая ветвь ВАХ, соответствующая этому выражению, показана на рис. 5.17, 5.18.
Рис. 5.17 ВАХ с учетом сопротивления базы в линейном масштабе |
Рис. 5.18 Прямая ветвь ВАХ полупроводникового диода в полулогарифмическом масштабе |
На рис. 5.19 – прямая ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе (значение тока откладывается в логарифмическом, а значение напряжения – в линейном масштабах). На нем показан способ графического определения значений тока насыщения и генерационно-рекомбинационного.
Толщина базы в свою очередь влияет на закон распределения инжектированных носителей и диффузионных токов. В самом деле, экспоненциальное распределение, представленное в формулах справедливо длядлинной базы, то есть при . В случае короткой базыследует использовать выражения, аналогичные представленным ранее:
, |
(5.60) |
или:
. |
(5.61) |
Аналогичные уравнения могут быть получены для электронов в p-области и токовых зависимостей.
5.8 Выпрямление на полупроводниковом диоде
Основная задача полупроводникового диода – выпрямление переменного (в частности синусоидального) тока, то есть выделение постоянной его составляющей. Выпрямительные или вентильные свойства полупро-водникового диода определяются его ВАХ (рис. 5.20).
Рис. 5. 20 ВАХ идеализированного выпрямляющего устройства |
ВАХ такого идеализированного выпрямляющего устройства можно охарактеризовать значениями обратного тока и прямого напряжения. Реальные ВАХ диодов представлены на рис. 5.21.
Рис. 5.21. ВАХ реального pn-перехода |
5.8.1 Характеристическое сопротивление диодов
Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rd и сопротивление по постоянному току RD. Дифференциальное сопротивление определяется как
(5.62) |
На прямом участке ВАХ диода сопротивление дифференциальное сопротивление невелико и составляет значение несколько Ом. На обратном участке ВАХ диода дифференциальное сопротивление rd стремится к бесконечности, поскольку в идеальных диодах при обратном смещении ток не зависит от напряжения.
Сопротивление по постоянному току RD. Определяется как отношение приложенного напряжения к протекающему току через диод:
. |
(5.63) |
На прямом участке ВАХ сопротивление RD >rd, на обратном - RD <rd. В точке вблизи нулевого значения напряжения значения сопротивлений совпадают. Действительно, разложив экспоненту в соотношении (5.63), получаем:
. |
(5.64) |