5. Основные параметры p-n перехода.
1) Характеристические сопротивления по постоянному току R=U/I=Tln(I/I0+1)/I=(T/I)ln(I/I0+1) и по переменному току rд (или дифференциальное сопротивление) rд = dU/dI=d[T ln(I/I0+1)]/dI=(T I0) / [(I+I0)I0]=T / (I+I0) T/I;
2) Ёмкости p-n перехода. Различают барьерную и диффузионную емкости p-n перехода:
а)
барьерная (зарядная) ёмкость Cбар
обусловлена наличием зарядов (+ и - ионов)
в запирающем слое в условиях равновесия
и при обратном смещении перехода, т.е.
отражает перераспределение зарядов в
переходе
;
б) диффузионная ёмкость Сдиф обусловлена изменением зарядов в переходе за счёт инжекции основных носителей при прямом смещении (отражает перераспределение зарядов вблизи перехода) Сдиф = (q/kT)Iпр = Iпр /Т.
3) Температурная зависимость обратного тока. Тепловой обратный ток I0t зависит от температуры, так как при нагреве п/п увеличивается генерация неосновных носителей, при этом тепловой ток удваивается при нагреве на 8 ºС у германиевых приборов или на 10ºС – у кремниевых приборов: I0t = I0 et.
6. Пробой p-n перехода.
Под пробоем понимают резкое уменьшение обратного сопротивления и резкое возрастание обратного тока при незначительном увеличении напряжения. Различают два вида пробоя: а) тепловой – в результате недостаточного теплоотвода, когда рассеиваемая мощность на переходе больше мощности отводимой. Пробой необратим, прибор выходит из строя; б) электрический пробой связан с увеличением напряженности в запирающем слое. Электрический пробой подразделяется на два вида: а) лавинный пробой заключается в размножении носителей в сильном электрическом поле за счёт ударной ионизации. Имеет место в широких переходах. б) туннельный пробой (зенеровский) развивается в узких переходах. В п/п с высокой концентрацией примеси под действием напряженности поля возникает туннельный эффект, т.е. просачивание электронов сквозь потенциальный барьер (если толщина барьера мала) без затраты дополнительной энергии. Туннельный эффект возможен при обратном и небольшом прямом напряжениях, пока дно зоны проводимости ниже потолка валентной зоны.
7. Методы изготовления p-n перехода.
1
)
Метод сплавления:
а) плоскостной. На пластинку nGe помещается таблетка индия (In) и подвергается термообработке при 850оС. Получается германий p-типа с резким переходом с большой площадью и большой барьерной емкостью Сбар. Рабочие частоты низкие;
б
)
точечный. На пластинку nGe
помещается индий (In)
в виде иглы, пропускается импульс тока,
расплавляется кончик иглы и получается
точечный переход. Площадь перехода и
барьерная емкость малы, рабочая частота
высокая.
2) Метод диффузии. Осуществляется диффузия атомов примеси из газообразной, жидкой фазы в п/п. Концентрация примеси плавно уменьшается по экспоненте.
3) Метод эпитаксиального наращивания. Поочередно наращиваются плёнки с нужным типом проводимости.
8. Выпрямительный диод.
В
ыпрямительный
диод предназначен для преобразования
переменного тока в постоянный. Используется
свойство односторонней проводимости
р-n перехода.
Электрод с большей концентрацией
основных носителей называется эмиттером
(Э), электрод с меньшей концентрацией
основных носителей – базой (Б). Основной
характеристикой выпрямительного диода
является его ВАХ. Отличия реальной (2)
ВАХ от теоретической (1): а) в области
малых прямых токов совпадают, в области
больших прямых токов становится
значительным падение напряжения на
сопротивлении п/п и электродов.
Характеристика идет ниже и почти линейно;
б) при повышении обратного напряжения ток медленно растет в результате:
1) термической генерации носителей в переходе. С увеличением ширины перехода увеличивается его объем и увеличивается число генерируемых носителей, т.е. увеличивается тепловой ток. Обратное допустимое напряжение до 400 вольт, допустимая температура до (60-70)С; 2) поверхностной проводимости р-n перехода за счет ионных и молекулярных пленок на поверхности перехода.