Троян_ПЕ_-_Твердотельная_электроника / Троян_ПЕ_-_Твердотельная_электроника_(УП_2006)

(4.43)

Из (4.43) следует, что ток насыщения в p-n перехода является

очень сильно зависящим от температуры ( ni 2 = Nc Nv exp- DE ) kT

и ширины запрещённой зоны полупроводника: с ростом темпе-

токи могут различаться на шесть порядков. Причём токи насыщения в германиевых диодах больше, чем в кремниевых.

(4.44)

257

Выражения для ВАХ p - n перехода (4.40) в таком виде практически не используется, поскольку в зависимости от соотношения между длиной диффузного смещенияL и толщиной базы W все переходы делятся на переходы с толстой и тонкой базами.

Диод с толстой базой- это диод, у которого толщина базы превышает длину диффузного смещения (W >> L). В этом слу-

чае аргументы гиперболических котангенсов в соотношении (4.40) значительно превышают единицу, а сами гиперболиче-

запишем распределение концентрации неосновных носителей в диоде с толстой базой:

(4.45)

т.е. избыточные неосновные носители распределяются по экспоненциальному закону в объёме полупроводника. Вид распределения концентрации неосновных носителей в диоде с толстой базой при различных напряжениях на переходе показан на рис.

4.15. Тогда с учётом того, что cth W »1, выражение для ВАХ

L

принимает следующий вид:

(4.47)

X

Рисунок 4.15. Распределение концентрации неосновных носителей в диоде с толстой базой при различных напряжениях

Диод с тонкой базой - это диод, толщина базы которого значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей (Wn << Lp ). В этом случае аргументы гиперболических функ-

ций в соотношении (4.40) малы. Разлагая гиперболические котангенсы в ряд и ограничиваясь первым членом разложения

(cthx » 1 ; shx » x и chx » 1),получим выражение для распре- x

деления концентрации неосновных носителей в диоде с тонкой базой

(4.48)

Из (4.48) видно, что в диоде с тонкой базой распределение концентрации неосновных носителей подчиняется линейному закону (рис.4.16).

Плотность тока для диода с тонкой базой определяется выражением (4.49).

(4.49)

259

Х Рисунок 4.16 . Распределение концентрации неосновных носителей заряда в диоде с тонкой базой при различных напряжениях

В этом случае обратный ток насыщения определяется как

js = qDp Pn0 + qDnnp0 . Wn Wp

(4.50)

Физически выражение (4.49) понятно: так как ток неосновных носителей является диффузионным, то для его нахождения гради-

Отличие формул (4.46) и (4.49) состоит в различии характеристического параметра: в диоде с толстой базой - это длина диффузного смещения, в диоде с тонкой базойтолщина базы

W .

W<<L

260

Это связано с тем, что при увеличении обратного напряжения увеличивается ширина ОПЗ и соответственно уменьшается ширина базы W , что в соответствии с (4.50) вызывает увеличение обратного тока.

Фактически в диодах с тонкой базой участка насыщения на обратной ветви ВАХ не наблюдается (рис.4.17).

На рис.4.18 представлены графики распределения концентрации неосновных носителей в диодах с толстой и тонкой -ба зами, поясняющие вид ВАХ таких диодов (4.17).

Поскольку обратный ток является диффузионным по своей природе, то он определяется градиентом концентрации неосновных носителей. В случае диода с толстой базой градиент

концентрации (касательная к распределению Pn (x)) не изменя-

ется при увеличении напряжения.

Для диодов с тонкой базой увеличение напряжения вызывает возрастание градиента концентрации, т.к. граница омического кон-

такта неподвижна.

Рисунок 4.18. Распределение концентрации неосновных носителей в диоде с толстой (а) и тонкой (б) базами при увеличении обратного напряжения

261

При этом рост напряжения увеличивает ширину ОПЗ и уменьшает толщину базы, создавая рост градиента концентрации.

4.9. Вольт - амперная характеристика реального элек- тронно-дырочного перехода.

Вывод ВАХ, приведенной в предыдущем разделе, проведен для случая, когда токи в p - n переходе определяются явления-

ми инжекции и экстракции. В реальных условиях работы полупроводниковых приборов на величину тока через p - n переход оказывают явление генерации носителей в ОПЗ, рекомбинации, явления на поверхности полупроводника, влажность, загрязнения поверхности и т.д. Рассмотрим влияние указанных факторов на ВАХ реального p - n перехода.

Рассмотрение проведем для прямой и обратный ветви ВАХ (рис.4.19) Весь участок прямой ветви ВАХ можно разделить на три участка: область малых напряжений(1), область средних напряжений (II) и область больших токов (III).

В области малых прямых напряжений, когда уменьшение барьера jk 0 мало, вблизи p - n перехода скапливается большое

количество разноименных зарядов и возможен процесс их -ре комбинации (рис.4.20).

II

Iрек

I

jк0 U

Рисунок 4.19. ВАХ идеального и реального p-n перехода