- •Электронный учебно- методический комплекс
- •Уравнения непрерывности
- •ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ ПРИ РАСЧЁТЕ ВАХ
- •Но в квазинейтральной области напряженность внешнего электрического поля равна нулю!
- •jp jpдиф q Dp dpdx
- •Решение уравнения для ВАХ
- •ВАХ тонкого pn-перехода описывается уравнением:
- •Распределение носителей в p-n переходе
- •Расчет для кремниевого p-n-перехода
- •При обратном смещении:
- •ВАХ p-n-перехода
- •Оценим, насколько справедливо в нашем примере предположение, что напряжение смещения приложено только к
- •Прямое смещение p-n-перехода
- •Обратное смещение p-n-перехода
- •Энергетические диаграммы при прямом и обратном смещении p-n-перехода
- •Влияние различных факторов на ВАХ pn-перехода
- •Влияние температуры на ВАХ
- •ВАХ кремниевого и германиевого диодов
- •Влияние генерации-рекомбинации на ВАХ
- •Емкостные свойства pn-перехода
- •К расчету емкости p-n- перехода
- •Барьерная емкость диода
- •Емкость pn-перехода может изменяться в значительных пределах, что позволило использовать это свойство в
- •Диффузионная емкость pn-перехода
- •Пробой p-n-перехода
- •Обратная ВАХ при различных видах пробоя
- •Схема, иллюстрирующая лавинный пробой
- •Лавинный пробой
- •Коэффициент лавинного умножения M, определяемый как
- •Напряжение лавинного пробоя зависит от степени легирования p- и n-областей. Так, например для
- •Зависимость напряжения лавинного пробоя от
- •Температурная зависимость напряжения лавинного пробоя определяется уменьшением длины свободного пробега носителей заряда с
- •Туннельный пробой pn-перехода
- •Зонная диаграмма сильнолегированного p-n-перехода при обратном смещении
- •Чтобы этот эффект имел место, электрическое поле должно быть настолько сильным, чтобы обеспечить
- •Напряжение туннельного пробоя сравнительно слабо зависит от температуры. Однако с ростом температуры ширина
- •Тепловой пробой pn-перехода
- •Влияние сопротивления базы на ВАХ
- •Прямая ВАХ в полулогарифмическом масштабе
- •Толщина базы ln Wn Vcм , в свою очередь, влияет на закон распределения
- •Характеристическое сопротивление диода
- •Сопротивление по постоянному току RD
- •Переходные процессы в полупроводниковых диодах
- •Координатные зависимости p(x,t) в различные моменты времени
- •Обратный ток обусловлен только диффузией дырок к границе ОПЗ p-n-перехода:
- •Зависимость обратного тока при переключении диода
- •Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные диоды
- •ВАХ идеализированного выпрямляющего устройства
- •ВАХ реального pn-перехода
- •Выпрямительный, или силовой, диод – прибор, предназначенный для выпрямления переменного тока. Их
- •выпрямленного тока (а). простейшая выпрямительная
- •Качественное сравнение ВАХ германиевого и кремниевого диода
- •При повышении температуры изменяются практически все электрофизические свойства полупроводников, поэтому изменяются и параметры
- •Изменение температуры диода может произойти не только вследствие изменения температуры окружающей среды, но
- •Снижение влияния температуры добиваются путем введения специальных конструктивных элементов корпусов – радиаторов
- •Стабилитроны
- •ВАХ стабилитрона
- •Основными характеристиками стабилитрона являются ток Iст и напряжение Uст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона
- •В режиме короткого замыкания (Uст 0)
- •Туннельные диоды
- •Энергетические диаграммы сильно- легированных полупроводников
- •ВАХ туннельного диода
- •ВАХ туннельного диода
- •ВАХ туннельного диода
- •ВАХ туннельного диода
- •ВАХ туннельного диода
- •Обращенный диод
- •Расчет ВАХ барьера Шоттки
- •Расчет ВАХ барьера Шоттки
- •ВАХ диода Шоттки
- •Диод Шоттки
- ••Диоды Шоттки характеризуются быстрой рекомбинацией инжектированных носителей (время жизни носителей крайне мало), а
Электронный учебно- методический комплекс
Твердотельная электроника
Презентации к лекционному курсу
Полупроводниковые диоды
МОСКВА |
2012 |
НИУ «МЭИ» |
Уравнения непрерывности
ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ ПРИ РАСЧЁТЕ ВАХ
•Модель электронно-дырочного перехода одномерная; p- и n-области имеют бесконечную протяженность.
•Переход тонкий, носители заряда пролетают через ОПЗ без рекомбинации (ОПЗ стянут в линию).
•Обе квазинейтральные области сильно легированы, падением напряжения на них можно пренебречь. Вся внешняя разность потенциалов приложена к pn-переходу.
•Рекомбинацию считаем линейной.
• Уровень инжекции мал (Δnp<<pp0, pn<< nn0).
Но в квазинейтральной области напряженность внешнего электрического поля равна нулю!
Таким образом, плотность тока в n-области определяется диффузионным током дырок, зависящим от их градиента концентрации:
p |
n |
|
|
|
p |
n |
|
p |
n0 |
D |
|
2 p |
n |
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|||||||||
t |
|
|
|
|
|
p |
|
x2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
d 2 pn |
|
pn |
0 |
|
Lp |
|
|
||||||||||
|
Dp p |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
dx2 |
|
|
|
L2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Общее решение такого уравнения имеет вид:
pn A exp x
Lp B exp x
Lp
pn pn0 pn pn0 A exp x
Lp
Концентрация неравновесных дырок на границе ОПЗ при x=Wn равна:
pn Wn pno
При x=Wn:
|
|
|
V |
см |
|
A p |
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|||
no |
|
|
|
||
|
|
T |
|||
|
|
|
|
||
V |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
exp |
T |
|
|
|
|
||
|
|
W |
n |
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
L |
|
|
||||
|
exp |
|
|
. |
||
|
|
|
|
p |
||
Окончательно закон изменения концентрации неравновесных дырок в n-области при x>Wn принимает вид:
pn x pn0 |
pn pn0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x W |
|||||||||
pn 0 pn0 exp |
|
|
|
n |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Vсм |
|
|
|
|
|
|
x |
Wn |
|
|
|||||
p |
p |
exp |
|
1 |
exp |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
n0 |
|
n0 |
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Vсм |
|
|
|
|
|
|
|
x Wn |
|
|
|
||||||
p |
|
exp |
|
1 1 |
exp |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
n0 |
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
jp jpдиф q Dp dpdx
j n |
q D |
p |
p |
|
|
Vсм |
|
|
|
|
x Wn |
|
|
n0 |
exp |
|
1 |
exp |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
p |
Lp |
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|||||
На границе ОПЗ при x=Wn, получим:
j n | |
|
|
q D |
p |
p |
n0 |
|
|
Vсм |
|
|
x Wn |
|
|
|
exp |
|
1 . |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
p |
|
Lp |
|
|
|
T |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Аналогично для p-области при x < -Wp:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x W |
p |
|||||
n |
p |
x n |
p0 |
n |
p0 |
exp |
Vсм |
|
1 |
exp |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
L |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
x Wp |
|
|||||||||||
|
|
n |
|
exp |
|
см |
|
1 |
|
1 exp |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
L |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
p0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|||||
j |
p |
q Dn np0 |
|
V |
|
|
x Wp |
||||
|
exp |
см |
|
1 |
exp |
|
|
||||
L |
|
L |
|||||||||
n |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
n |
|
|
T |
|
|
|
n |
|
|
Решение уравнения для ВАХ
ВАХ тонкого pn-перехода описывается уравнением:
|
Dn np0 |
|
|
||
|
||
j q |
|
|
|
Ln |
|
|
известным как
где
Dp pn0
Lp
|
|
|
Vсм |
|
|
exp |
|||
|
||||
|
|
|
T |
|
|
|
|
||
формула Шокли.
|
|
|
|
|
|
Vсм |
|
|
|
|
1 |
J |
s |
exp |
|
1 . |
|||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
q Dn |
np |
|
|
q Dp |
pn |
|
|
2 |
|
Dn |
|
|
Dp |
|
|
|
||||
j |
|
j |
|
j |
|
|
|
q n |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
L |
|
L |
|
|
|
|
|
|
L N |
|
L |
N |
|
|
||||||||||
|
s |
|
sn |
|
sp |
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
i |
|
a |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
p |
|
d |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pn Lp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
np Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
