26. Модель Эберса-Мола

Модель состоит из 2 ист-ков тока,представленных в виде диодов и включенных встречно.Ист тока упр-ся диодами. Идеальный источник ЭДС имеет нулевое внутреннее сопр, а источник тока – бесконечно большое сопр и жестко задает ток в цепи, независимо от ее сопр.Токи инжектируемые p-n переходами носителей заряда обозначены через I₁ и I₂ и. А токи собираемых носителей заряда через I₁ и I₂ (собирает коллектор).

На основе модели Эверса-Мола можно составить уравнение,связывающие эмиттерный, коллекторный и базовый токи с U на переходах. Такие уравнения яв-ся моделью тр-ра,позволяющие проводить анализ его статических характеристикРассмотрим семейство выходных характеристик. Схема с ОБ построена на основе модели Эверса-Мола (см. рисунок 57).

I– норм активный режим,II– реж насыщения ,III– реж лав пробоя. J_nЭ , J_nK , J_nБ -потоки эл-нов инжектированных из Э. J’_nЭ , J’_nK , J’_nБ - потоки эл-нов инжектированных из К в зоне 1 они = 0. Реальные хар-ки – пунктиром, сплошной – построенные по модели Эберса-Мола.Если инжекция из Э отсутствует (Jэ=0), то зав-ть тока К от напряжения К-Б представляет собой обычную ВАХ стандартного p-n-перехода, отличие в том, что на рассматриваемом рисунке обратная ВАХ находится в 1 квадрате, а прямая ветвь в 3.

В рез-те инжекции из Э при в К возникает ток электронов содержащий в коллекторной цепи ток K, кот будет пропорц-но потоку инжектированных из Э эл-нов. При подаче на К прямого U последний сам будет инжектировать встречный поток эл-нов, результирующий поток будет резко до 0 с ростом прямого U на К, и при дальнейшем прямого U он приобретёт обратн направ-е. В активном реж коллекторные U не оказывают влияния на вх хар-ки схемы с ОБ.Этот вывод справедлив для больш-ва практич случаев.C повышением обратного коллекторного U ток К в активн реж будет слабо (пунктир) за счёт обратного коллекторного тока и коэф передачи эмиттерного тока коэф передачи связано с эффектом Эрли,кот закл-ся в модуляции толщины Б и сопр-я, под кот понимают омическое сопр п/п в базовой области тр-ра при изменении коллекторного U.(см рис)

n ’(x),n”(x) - распределение НЗ инжектированных в базу из Э. эффект Эрли есть пост действу-й в момент прохождения эл/магнитного сигнала. Однако при изменении статических хар-тик тр-ра он яв-ся паразитным эффектом, т.к. может сущ-ным образом изменить хар-ки перехода. Поэтому при измерении статхар-ик используют режимы Х/Х и КЗ.

20. Принцип работы туннельного диода

Т Д изготавливают на основе сильно легированных п/п-ков, у кот уд сопр слабо зависит от t. Это справедливо, так как их проводимость близка к металлической,а проводимость ее практически не зав-т от t.Реальные ТД могут работать в пределах от нескольких сотен градусов Цельсия до близких к абсолютному нулю (ЧК).В ТД в отличии от выпрямительного p-n перехода n- и p-области высоко легированы до . т.е. обладает симметричными p-n переходами. В результате толщина ОПЗ до , т.е. становятся на 2 порядка <, чем у обычных выпрямительных диодов. При такой малой ширине ОПЗ резко его прозрачность для туннелирующих эл-нов.Значительная конц-ция примесей в n- и p-области ТД приводит к расщеплению энергетических уровней примесных атомов,в рез-те образ-ся примесные зоны 1 и 2 (см. рисунок 84)

Зона 1 – макс пустых мест в ВЗ.Зона 2 – макс занятых эл-нов. Поэтому легко перейти из зоны 2 в 1.Зоны 1 и 2 сливаются с ЗП в n п/п-ке и с ВЗ в p п/п-ке. P и n изготавливают вырожденными. На рис а) энергетическая диаграмма тун диода при , т.е. исходная диаграмма.

Если на ТД прямое смещение небольшое, то эл-ны из ЗП будут туннелировать на противостоящие свободные и равные уровни энергии в ВЗ. С прямого смещения прямой туннельный ток будет и станет макс, когда макся конц-ция эл-нов в примесной зоне будет соответствовать макс числу свободных уровней в ВЗ. При дальнейшем прямого смещения перекрытие уровня и , а значит у зон 1 и 2 будет , что приведет к тунн тока. И когда уровень расположится против уровня туннелирование прекратится (см. рисунок 82 в). При этом прямой ток не до нуля, так как при этом U начинает преобладать дифференциальный ток p-n перехода. В точке (в) , .

При обратном смещении расстояние ОПЗ и туннелирование эл-нов , обратный ток при этом лавинно , так как туннельный диод обладает высокой проводимостью при обратном смещении.

4. p-n переход в состоянии равновесия

Для создания р-n-перехода в пластинку п/п вводят донорную и акцепторную примеси.При этом они распред-ся по объему т.о,чтобы обл п/п-ка с разным типом провод-ти механически и эл-ки взаимод-ли др с другом (рис. 1,а)..Если вел-ны провод-тей р- и n- обл =,то механ-кая и эл-кие границы совпадают, а если эти обл имеют разную конц-цию примесных атомов,то они смещены др от друга на некот вел-ну (см. рис.1,6) В первом случае формир-ся р-n-переход, в обл механической границы кот вел-на конц-ции атомов примесей донорного(N_d) и акцепторного(N_a ) типов изменяются скачком.Во 2 сл атомы примесей распред-ся в объеме п/п-ка по некот плавному закону, по экспоненте или erfic-функции.Исходя из этого и р-n-переходы наз плавные.Eсли вып-ся нер-во N_a > N_d то переход наз несиммет-м,а если вып-ся рав-во N_a = N_d, сим-ным (рис. 1,в).В n-обл конц-ция эл-нов п_п знач-но >, чем р-области, что приводит к возник-ю градиента конц-ций примесных атомов.Поскольку градиент имеет силовую природу,то эл-ны начинают перемещаться под дейст этой силы в p-область, где они уже будут неосновными НЗ n_p (рис. 1 ,в). Благодаря захвату этих эл-нов акцепторами в р- обл в некот слое, примыкающим к границе раздела, появится ‘-‘ объемный заряд вел-ной р, обусловленный ‘-‘ ионами акцепторной примеси. Ан-но уход эл-нов из n-обл приведет к образованию а n-обл ‘+’ объемного заряда ионами донорной примеси (рис.1,г). Образование объемн заряда в обл эл границы р-п-перехода сопровождается возник-ем эл поля (рис. 1,д) и контактной разности потенц-в φ_К (рис. 1 ,ж).Эл поле, препятствует переходу через ОПЗ р-n- перехода основных НЗ и ускоряет НЗ противоположного знака, т.е. вызывает эл дрейф неосновных носителей. В равновесн состоянии и в отсутствие внешн U на контактах п/п диода токи, формируемые диффузией основных НЗ р и n-обл и дрейфом неосновных = по вел-не и противоположны по направ.Энергет диаграмма р-n- перехода для равновесного сост-я, характерной особенностью кот явл-ся фиксированное знач положения уровня Ферми, приведена на рис. 1,е. Аналитическое описание этой зав-ти имеет вид: для примесных п/п для собственного п/п

где N_C ,N_V - эффективные плотности квантовых сост-й в ЗП и в ВЗ, соот-но.

Энергию середины ЗП E_i , и энергию E_F можно записать через соответствующие потенциалы, используя соотношение Е = -еφ.

Знак ‘-‘ в этом сл означает отриц заряд эл-на.С учетом электростатических потенциалов и используя (1) контактную разность потенциалов р-n-перехода можно определить из выражения: φ _K = φ _n - φ _p (7)

где φ _n и φ _p - потенциалы середины ЗП п- и p-областей р-n-перехода (рис.1 ,ж).

Выражение (7) можно записать и ч/з равновесные конц-ции эл-нов и дырок.Для этого запишем (1) в символах статич потенциала и решим его отн-но φ _n и φ _p. Решая совместно: где - тепловой потенциал, т.е. статический потенциал соответ-щий задану тепл реж работы диода. Т о, высота потенц барьера опр-ся вел-ной уд cопр его р-и n-обл.