8.Барьерная и диффузионная ёмкость.

Ёмкостью, называется способность различных объектов накапливать и сохранять электрические заряды.

Барьерная (объёмная) ёмкость обусловлена изменением ширины обеднённой области p-n перехода при изменении обратного напряжения. Диффузионная ёмкость связана с накоплением неосновных носителей при прямом смещении и пропорциональна току через переход.

Барьерной ёмкостью называют ёмкость таких объектов, в которых подвижные заряды сохраняются из-за отсутствия пути для их движения, т.е. для тока разряда, т.к. существует препятствие для этого тока Сб = εε0S/w

Диффузионной ёмкостью обладают объекты, в которых подвижные носители заряда диффундируют в некоторую полупроводниковую область и создают здесь диффузионный заряд. Cдф = τIдф/φт , где φт = kT/q - термический потенциал.

Диффузионный заряд и диффузионная ёмкость существуют пока происходит приток новых носителей, т.е. при Iдф ≠ 0 или пока в областях есть диффузионный заряд.

9. Электрический и тепловой пробой в контактах и структурах.

Электрический пробой — лавинный или туннельный — возникает при высоком обратном напряжении и обычно обратим. Тепловой пробой — необратимое разрушение из-за локального перегрева при превышении рассеиваемой мощности.

Пробой p-n перехода — это резкое, лавинообразное увеличение обратного тока при достижении определенного критического значения обратного напряжения

Электрический пробой диэлектрического или обеднённого слоя возникает при превышении в нём напряжённости поля некоторой критической напряжённости Екр.

Типичным электрическим пробоем является лавинный пробой. При таком пробое сильное электрическое поле разгоняет свободные электроны до столь значительной скорости, что появляются новые свободные электроны, которые также разгоняются электрическим полем и соударяются с атомами. Концентрация свободных электронов и ток резко возрастают. Лавинный пробой считается обратимым, так как он исчезает при уменьшении напряжения на обеднённом слое.

Тепловой пробой возникает, как правило, вслед за лавинным. Возросший при лавинном пробое ток увеличивает количество выделяющегося тепла, температура материала возрастает. В результате усиливается термогенерация подвижных носителей, растёт их концентрация, ток становится ещё больше, температура ещё выше и т.д. Перегрев слоя приводит к его разрушению, поэтому тепловой пробой считается необратимым.

10. Контакт металл-полупроводник. Диоды Шотки

Контакт металл–полупроводник образует барьер Шоттки, если работа выхода металла больше, чем у полупроводника n-типа. Диоды Шоттки имеют малое падение напряжения и высокое быстродействие, так как ток обусловлен только основными носителями.

Это наиболее распространенный в электронике тип контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом.

Некоторые металлы и полупроводники образуют так называемые контакты Шотки, обладающие односторонней проводимостью. При прямом напряжении Uпр они хорошо пропускают ток (открытое состояние), при обратном напряжении Uобр тока почти нет (закрытое состояние). Такие контакты используются в диодах Шотки и некоторых типах транзисторов.

ВАХ омического контакта и контакта Шотки

ВАХ контакта Шотки описывается формулой Шокли:

I = I0(eU/ T – 1)

Важнейшими достоинствами диодов Шотки являются:

-наименьшие по сравнению с другими диодами напряжения открытого состояния, в пределах 0,2…0,5 В. Это означает, что в диодах Шотки, по сравнению с другими диодами, при одинаковом прямом токе рассеиваемая мощность Pрасс = UпрIпр меньше. Поэтому диоды Шотки отличаются меньшими тепловыми потерями;

-в открытом состоянии ток в них дрейфовый, т.к. его диффузионная составляющая ничтожна. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной ёмкости, емкость чисто барьерная и небольшая, они отличаются высоким быстродействием.