15. Влияние выбора типа полупроводника, размеров, концентрации примесей и температуры на свойства диодов.

Влияние типа полупроводника Ширина запрещенной зоны ( ) определяет тепловой ток ( ) и температурную стабильность. У германия ( , эВ) ток на порядки выше, чем у кремния ( , эВ), что ограничивает рабочую температуру диодов (до +70°C против +150°C у ). Арсенид галлия ( , эВ) позволяет создавать приборы с еще меньшими обратными токами и более высокой рабочей температурой. Тип полупроводника также определяет прямое падение напряжения: у В, у В.

Влияние концентрации примесей ( )

1. Контактная разность потенциалов: растет логарифмически при увеличении концентрации примесей: .

2. Толщина перехода ( ): С ростом концентрации примесей ширина обедненного слоя уменьшается ( ). Это ведет к росту барьерной емкости ( ).

3. Напряжение пробоя ( ): В сильнолегированных полупроводниках переход узкий, что способствует туннельному пробою при низких напряжениях. В слаболегированных — переход широкий, преобладает лавинный пробой при высоких напряжениях.

4. Сопротивление базы: Увеличение концентрации примесей снижает омическое сопротивление базы, что уменьшает потери при больших прямых токах.

Влияние размеров (Площадь перехода )

1. Прямой ток: Максимально допустимый прямой ток прямо пропорционален площади перехода .

2. Ёмкость: Барьерная и диффузионная емкости прямо пропорциональны площади ( ). Увеличение площади для повышения мощности диода неизбежно снижает его частотные характеристики.

3. Обратный ток: Ток насыщения пропорционален площади .

Влияние температуры ( )

1. Прямая ветвь ВАХ: С ростом температуры прямое напряжение уменьшается (примерно на 2 мВ/°C для кремния) при фиксированном токе из-за роста собственной концентрации носителей ( ) и снижения .

2. Обратная ветвь ВАХ: Обратный ток экспоненциально растет с температурой. Для кремния удваивается примерно на каждые 8–10°C, для германия — на каждые 12°C.

3. Напряжение пробоя: * При лавинном пробое растет с температурой (положительный ТКН), так как из-за тепловых колебаний решетки уменьшается длина свободного пробега носителей.

• При туннельном пробое падает (отрицательный ТКН).

4. Ёмкость: С ростом температуры барьерная емкость незначительно увеличивается из-за уменьшения .

16. Свойства мдп структуры. Пороговое напряжение.

МДП-структура (металл-диэлектрик-полупроводник) представляет собой конденсатор, где одной обкладкой служит металлический затвор, другой — полупроводниковая подложка, а роль диэлектрика обычно выполняет слой диоксида кремния ( ).

Состояния МДП-структуры

В зависимости от полярности и величины приложенного к затвору напряжения относительно подложки, в приповерхностном слое полупроводника возникают три состояния:

1. Обогащение: На затвор подается напряжение, притягивающее основные носители из глубины подложки к поверхности (например, отрицательное для p-подложки). Концентрация основных носителей у поверхности становится выше, чем в объеме.

2. Обеднение: На затвор подается небольшое напряжение, отталкивающее основные носители. У поверхности образуется слой неподвижных ионов примеси, лишенный свободных зарядов. Сопротивление этой области растет.

3. Инверсия: При дальнейшем увеличении напряжения того же знака, что и для обеднения, к поверхности начинают притягиваться неосновные носители (например, электроны для p-подложки). У поверхности образуется тонкий слой полупроводника с типом проводимости, противоположным подложке (инверсный слой или канал).

Пороговое напряжение ( )

Пороговое напряжение — это минимальное напряжение на затворе, при котором концентрация неосновных носителей у поверхности становится равной концентрации основных носителей в объеме подложки (начало сильной инверсии). При формируется проводящий канал.

Факторы, определяющие величину :

• Работа выхода: Разность термодинамических работ выхода материала затвора и полупроводника.

• Толщина диэлектрика ( ): Чем тоньше слой диэлектрика, тем сильнее влияние поля и ниже .

• Концентрация примесей в подложке ( ): Чем сильнее легирована подложка, тем выше должно быть напряжение для создания инверсии.

• Заряд диэлектрика и границы раздела: Наличие паразитных зарядов в смещает значение порогового напряжения.

• Температура: С ростом температуры уменьшается (примерно на 2–4 мВ/°C).

Параметр удельной крутизны ( )

Свойства структуры также характеризуются коэффициентом (удельная крутизна), который зависит от подвижности носителей и емкости диэлектрика : где — ширина, а — длина канала.