4. Влияние температуры окружающей среды на вах реального p-nперехода с туннельным эффектом

Колебания температуры окружающей среды приводят к изменениям характеристик и параметров примесных полупроводников, а, следовательно, и полупроводниковых структур на их основе. Из-за высокой степени легирования исходных примесных полупроводников электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом влияние температуры проявляется значительно слабее, чем в обычных p-nпереходах. Особенно это заметно на участке вольтамперной характеристики p-n перехода с туннельным эффектом, на котором ток определяется туннельной составляющей общего тока p-n перехода:

I = I_T + I_D + I_E,

где I – общий ток p-n перехода с туннельным эффектом;I_D– диффузионная составляющая тока;I_T– туннельная составляющая тока;I_E– дрейфовая составляющая тока. На ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом, представленной на рис. 8, ток на участкеDOABзависит в основном от туннельной составляющей. Поэтому на указанном участке ВАХ p-n перехода изменение температуры окружающей среды будет сказываться слабо, как это показано на рис. 10.

На участке ODВАХ (см. рис. 10) обратный ток с ростом температуры окружающей среды увеличивается незначительно, так как при этом возрастает дрейфовая составляющая токаI_E(15), которая изменяется по экспоненциальному закону от температуры, а туннельная составляющаяI_Т(15) изменяется очень слабо. ВесI_Eв выражении (15) на участкеODВАХ (см. рис. 10) очень мал. При увеличении температуры от значенияТ₁= +20 °С до величиныТ₂=+70 °С экспоненциально возрастает дрейфовая составляющая токаI_E, уменьшается ширина обратносмещенного p-n перехода, растет напряженность электрического поля на p-n переходе (E_обр =), несколько возрастаетI_Тр(туннельная составляющая тока обратносмещенного p-n перехода), это приводит к увеличению общего обратного токаI_обр = I_Тр+ I_Е, температурный коэффициент напряжения обратной ветви ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом ТКН_обр =. При изменении температуры окружающей среды обратная ветвь ВАХ располагается очень близко к первоначальной зависимости приТ₁=+20 °С.

Рис.10. ВАХ реального p-n перехода с туннельным эффектом при изменении температуры окружающей среды:

T₁= +20 ºC; --------T₂= +70 ºC

Туннельная ветвь прямого тока ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом (участок ОАВзависимости, рис. 10) также слабо зависит от температуры окружающей среды. При возрастании температуры изменяется лишь ток пикаI_П. Он может как уменьшаться, так и увеличиваться. Это обусловлено следующими двумя факторами: во-первых, при возрастании температуры снижается значение контактной разности потенциалов φ_kp-n перехода, вследствие чего уменьшается равновесная ширина p-n переходаl₀иl_пр, что приводит к росту напряженности электрического поляЕи туннельной составляющей тока; во-вторых, при увеличении температуры происходит смещение энергетического уровня Ферми ближе к середине запрещенной зоны (это следует из теории примесных полупроводников) в полупроводниках р⁺- иn⁺-типов, а это приводит к уменьшению перекрытия зон в электронно-дырочном переходе, содержащих энергетические уровни, заполненные электронами. При этом количество туннельных переходов снижается, а также уменьшаются значения токовI_TnиI_П.

На диффузионном участке (участок ВС, рис. 10) прямой ветви ВАХ электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом влияние температуры проявляется так же, как и для обычного p-n перехода. С возрастанием температуры снижается значение контактной разности потенциалов φ_k, растет значение диффузионной составляющей токаI_Dи возрастает величина прямого токаI_прp-n перехода.

Поэтому диффузионный участок ВСВАХ p-n перехода (см. рис. 10) с увеличением температуры (Т₂=+70 °С) смещается влево. В этом случае увеличивается значение тока впадины и он становится равным, уменьшается величина напряжения впадины до значения , снижается напряжение раствора до величины. Температурный коэффициент напряжения участкаВСпрямой ветви ВАХ (см. рис. 10) меньше нуля и определяется из соотношения

ТКН_{пр (ВС)} =.