24. Барьерная ёмкость диода

Представим - -переход как

конденсатор

, т.к. нет свободных носителей заряда (идеальный диэлектрик).

– удельная барьерная емкость - -перехода,

где — дифференциальное приращение плотности заряда в ОПЗ, вызванное – достаточно малым изменением приложенного к - -переходу напряжения.

Следовательно, для несимметричных резких - -переходов, принимая и , выражая величину из , получим

А для плавного - -перехода с линейным распределением примесей

Следует отметить, что величина барьерной емкости не зависит от токов, протекающих через - -переход. Она связана только с токами смещения. При прямых смещениях - -перехода она суммируется с диффузионной емкостью и маскируется при больших плотностях прямого тока диффузионной емкостью.

Барьерная емкость зависит от нескольких параметров:

• от концентрации носителей заряда в эммитере и базе ( );

• от диэлектрической проницаемости;

• от собственной концентрации носителей заряда ( ).

;

; ; ;

, , ( ).

25. Электронно-дырочный переход при нарушении теплового равновесия. Токи инжекции и экстракции

Eсли приложить к - -переходу прямое внешнее напряжение c полярностью "+" на -область и "–" на -область, то, как видно из рис.1.3, суммарное электрическое поле, приложенное к ОПЗ - -перехода, уменьшится .

В результате влияния внешнего поля изменятся характеристики - -перехода: во-первых, ширина ОПЗ уменьшится до величины , а, следовательно, увеличится барьерная емкость - -перехода; во-вторых уменьшится высота потенциального барьера на величину . Уменьшение высоты потенциального барьера приведет к тому, что наиболее высокоэнергетические электроны в -области перехода и дырки в -области в силу уменьшения поля, противодействующего диффузии, смогут диффундировать в соседние области, т.о. начнется процесс инжекции (инжекция — введение свободных носителей заряда в область полупроводника, где они являются неосновными, через потенциальный барьер при уменьшении его величины внешним электрическим полем).

Введем понятие коэффициента инжекции — это отношение потока носителей из наиболее легированной области - -перехода к общему потоку носителей через - -переход.

и — плотности электронного и дырочного тока, соответственно.

При подачена - -переход обратного напряжения ("–" на -область и "+" на -область) суммарное поле, приложенное к ОПЗ, увеличивается: (рис. 1 .17), что, соответственно приведет: во-первых, к увеличению ширины ОП3, а значит, к уменьшению величины ; во-вторых, к увеличению высоты потенциального барьера.

Если предположить, что ОПЗ бесконечно тонкая (идеализированный случай), и игнорировать все процессы, которые могут в ней происходить, то ток в - -переходе будет обусловлен тепловой генерацией носителей в областях, прилегающих к - -переходу, и их экстрагированием в соседние области.

Рисунок 1.16–p-n-переход при подаче прямого смещения (а — изменение ширины обедненного слоя; б — изменение высоты потенциального барьера).

Ток экстракции (ток насыщения, тепловой ток) — выведение неосновных носителей заряда в соседние области - -перехода, где они являются основными.

Ширина ОПЗ и величина барьерной емкости - -перехода при изменяются по закону

, ,

где для резкого и для плавного переходов, — напряжение, поданное на - с учетом знака.

Рисунок 1.17 – Электронно дырочный переход при подаче обратного смещения (а — изменение ширины обедненного слоя; б — изменение высоты потенциального барьера).