- •1. Структура р-п перехода
- •Эммитер — более легированная область; база — менее легированная область.
- •Технологический
- •Основные результаты
- •2. Равновесное состояние р-п перехода
- •3. Неравновесное состояние р-п перехода
- •3.1. Прямое и обратное включение р-п перехода
- •3.2. Квазиуровни Ферми для электронов и дырок
- •3.3. Энергетическая диаграмма неравновесногор-п перехода
- •3.4. Граничные условия и уровень инжекции
- •; .(3.5А) Граничные
- •3.5. Ширина р-п перехода
- •4. Уравнения для анализа полупроводниковых приборов
- •4.1. Набор уравнений
- •4.2. Биполярное уравнение непрерывности
- •1). Нуи.
- •2). Вуи.
- •Основные результаты
- •5. Анализ идеализированного диода
- •5.4. Тампературная зависимость вах
- •5.5. Дифференциальное сопротивлениер-п перехода
- •5.6. Коэффициенты инжекции
- •Основные результаты
- •6. Вах реального диода
- •6.1. Особенности вах реального диода
- •6.2. Токи рекомбинации-генерации в опз
- •6.3. Сопротивление базы
- •0 WB X
- •I i0 eV/m
- •7Y67. Барьерная и диффузионная емкости в диоде
1. Структура р-п перехода
Проще всего анализировать ступенчатые р-п переходы.
Эммитер — более легированная область; база — менее легированная область.
Для р-эмиттера результирующие концентрации примеси:
; ;.
(металлургический) переходТехнологический
Обычно .
; ;
.
Везде
Линейный масштаб:
Приближение полного
обеднения в ОПЗ:
и .
Основные результаты
1. При рабочих температурах в кремнии концентрация основных носителей равна результирующей концентрации примеси см-3,
а концентрация неосновных носителей равна .
2. В состоянии равновесия однородный полупроводник локально электронейтрален:
.
3. В состоянии равновесия неоднородный полупроводник локально почти электронейтрален. При этом п. 2 выполнен почти точно.
4. При резком изменении типа проводимости образуется ОПЗ — р-п переход.
5. В ОПЗ хорошо выполняется приближение полного обеднения:
и .
2. Равновесное состояние р-п перехода
2.1. Энергетическая диаграмма
;
.
;
;
;
;
.
Потенциал:; Поле:.
2.2. Токи через р-п переход
;
;
;
.
При потенциальный барьер снижается:
токи ирезко возрастают с ростом;
токи не изменяются;
ток слабо уменьшается из-за сужения перехода.
При потенциальный барьер повышается:
токи ибыстро снижаются до 0;
токи не изменяются;
ток слабо возрастает из-за расширения перехода.
2.3. Методика определения параметров р-п перехода
Задано: Параметры:
Необходимо 4 уравнения.
Контактный потенциал C :
;
;
;
Отсюда:
. (2.3.1)
Очень грубо: . Si:эВ;В;
Ge: эВ;В;
Остальные уравнения находятся из уравнения Пуассона:
, где,.
. Отсюда: . (2.3.2)
(2.3.3а)
;;.
. (2.3.3б)
. (2.3.4)
2.4. Ступенчатый р-п переход
;
;
Из (2.3.1):
.
Из (2.3.2):
. (2.4.1)
Из (2.3.3а):
. (2.4.2)
Из (2.3.4):
. (2.4.3)
Из (2.4.1) – (2.4.3):
;В/см;
;мкм;
;В;
.
Приближенные равенства соответствуют условию .
В этом случае параметры перехода определяются свойствами базы.
.
При (приближение полного обеднения справедливо).
2.5. Линейный р-п переход
;
/
Из (1):
.
Из (3):
;
.
Метод итераций:
; (2.5.1)
. (2.5.2)
Обычно достаточно 2 итераций.
2.6. Диффузионныйр-п переход
—аппроксимация.
.
Характерный параметр:
.
а) линейный переход,.
б) ,(как в ступенчатом).
В общем случае , где.
См. «Физика р-п переходов и п/п диодов», раздел 2.6.
Основные результаты
1. В состоянии равновесия между р- и п-областями образуется потенциальный барьер (контактная разность потенциалов ).
2. Через р-п переход протекают токи диффузии, дрейфа, рекомбинации и термогенерации генерации носителей заряда.
3. Дрейфовые и диффузионные токи каждого типа носителей, а также токи рекомбинации и термогенерации взаимно компенсируются.
4. В ступенчатом переходе параметры определяются в основном свойствами базы, а сам переход сосредоточен почти полностью в области базы. Ширина перехода пропорциональна .
5. Ширина линейного перехода пропорциональна .
6. Ширина диффузионного перехода пропорциональна , где.