Шпоры / Шпоры(МП-23_edition) / 20

20. ВАХ идеализированного диода.

ВАХ идеального диода получен при следующих упрощающих предположениях.

1.Ток протекает одновременно. В p- и n-областях диода концентрации примесей распределены равномерно, а на границе раздела изменяются скачком (резкий переход). 2. Ширина p-n перехода l значительно меньше диффузионной длины дырок в n-области и электронов в p-области. Это означает, что электроны и дырки пролетают слой объемного заряда без рекомбинации. Отсутствует также их термогенерация в области объемного заряда (узкий p-n переход). 3. Обе области п/п сильно легированы, т.е равновесные концентрации дырок в p-области и электронов в n-области значительно больше концентрации носителей заряда в собственном п/п. При этом можно пренебречь падением напряжения на областях диода за пределами p-n перехода и считать, что все приложенное к диоду напряжение падает на p-n переходе. 4. Дрейфовой составляющей тока неосновных носителей заряда вне p-n перехода можно пренебречь (низкий уровень инжекции). 5. Пробой и утечки p-n перехода при обратном смещении отсутствуют. При указанных допущениях ВАХ идеального диода с площадью p-n перехода S описывается выражением: -(1), где - тепловой ток; - плотность теплового тока; температурный потенциал; k – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура; e – заряд электрона. Для всех видов диодов ВАХ различаются только масштабным коэффициентом – тепловым током. Его также называют «обратным током насыщения»,т.к при отрицательном напряжении обратный ток идеализированного диода=и не зависит от напряжения. При прямом смещении (U>0) источник напряжения подключен «плюсом» к p-области и «минусом» к n-области. При обратном смещении (U<0) полярность источника противоположная. При напряжении смещения прямая ветвь ВАХ диода в полулогарифмических координатах представляет собой прямую линию. Небольшое изменение напряжения на диоде для прямого смещения влечет за собой весьма значительные изменения тока. При обратном смещении () экспоненциальным членом в (1) можно пренебречь. В этом случае , т.е при достаточно большом обратном смещении () ток диода насыщается и не зависит от напряжения смещения. При обычных рабочих температурах п/п приборов можно считать, что все акцепторы в p-области и доноры в n-области полностью ионизированы. Тогда равновесные концентрации дырок в p-области и электронов в n-области равны соответствующим концентрациям примесей (акцепторной и донорной ):, . Плотность теплового тока при этом: , где , - коэффициенты диффузии дырок в n-области и электронов в p-области; , - толщины p- и n-областей. Плотность теплового тока определяется параметрами п/п материала. Собственная концентрация носителей заряда в германии при комнатной температуре примерно на 3 порядка выше, чем в кремнии, что связано с различием в ширине запрещенной зоны , поэтому кремниевым диодам свойствен сдвиг харак-ки по оси напряжений (т.н «пятка»).