23.Область обеднения в p-n переходе и барьерная емкость.

Электронно-дырочный переход - это граничный слой, обедненный носителями и расположенный между двумя областями полупроводника с различными типами проводимости. В реальном переходе наблюдается довольно значительная зависимость тока неосновных носителей от приложенного напряжения. Дело в том, что процессы генерации и рекомбинации носителей происходят как в нейтральных слоях областей "p" и "n", так и в самом переходе. В равновесном состоянии перехода скорости генерации и рекомбинации везде одинаковы, а при действии обратного напряжения, когда расширяется запрещенная зона, область перехода сильно обедняется носителями, при этом процесс рекомбинации замедляется и процесс генерации оказывается неуравновешенным. Избыток генерируемых носителей захватывается электрическим полем и переносится в нейтральные слои (электроны в n-область, а дырки − в p-область). Эти потоки и образуют ток термогенерации. Ток термогенерации слабо зависит от температуры и сильно зависит от величины приложенного обратного напряжения. Вспомним упрощенную формулу зависимости скорости движения электрона в ускоряющем электрическом поле от приложенного напряжения В случае Ф_М>Ф_П приповерхностная область полупроводника n-типа обедняется основными носителями и зоны изгибаются вверх Обеднение наступает также в полупроводнике p-типа при Ф_М<Ф_П причем зоны изгибаются вниз. Такие обедненные области имеют особые свойства и используются для создания полупроводниковых приборов. Барьерная (зарядная) емкость определяется изменением нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. Поэтому идеальный электронно-дырочный переход можно рассматривать как плоский конденсатор, емкость которого определяется соотношением:

где S, l(U) – соответственно площадь и толщина p-n-перехода. Емкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов доноров и акцепторов, создающих в p-n-переходе как бы плоскостной конденсатор, носит название барьерной, или зарядной. Она тем больше, чем больше площадь p-n-перехода и меньше его ширина. Ширина p-n-перехода зависит от величины и полярности приложенного напряжения. При прямом напряжении она меньше, следовательно, барьерная емкость возрастает. При обратном напряжении барьерная емкость уменьшается тем сильнее, чем больше U_обр. Это используется в полупроводниковых приборах (варикапах), служащих конденсаторами переменной емкости, величина которой управляется напряжением. Барьерная емкость в зависимости от площади p-n-перехода составляет десятки и сотни пикофарад. Её вольт-фарадная характеристика представлена на рис. 2.7, а.

24.Эквивалентная схема p-n перехода.

Эквивалентная схема p-n-перехода. Cб — барьерная ёмкость, Cд — диффузионная ёмкость, Ra — дифференциальное сопротивление p-n-перехода, r — объёмное сопротивление базы. Суммарная ёмкость p-n-перехода определяется суммой барьерной и диффузионной ёмкостей. Эквивалентная схема p-n-перехода на переменном токе представлена на рисунке. На эквивалентной схеме параллельно дифференциальному сопротивлению p-n-перехода Rа включены диффузионная ёмкость Cд и барьерная ёмкость Сб; последовательно с ними включено объёмное сопротивление базы r. С ростом частоты переменного напряжения, поданного на p-n-переход, емкостные свойства проявляются все сильнее, Rа шунтируется ёмкостным сопротивлением, и общее сопротивление p-n-перехода определяется объёмным сопротивлением базы. Таким образом, на высоких частотах p-n-переход теряет свои линейные свойства.Упрощенные эквивалентные схемы p-n перехода. При обратном смещении r_д.обр >> r₁, С_зар >> С_диф и эквивалентная схема имеет вид, показанный