- •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
3. Неравновесное состояние р-п перехода
3.1. Прямое и обратное включение р-п перехода
—прямое смещение;
—обратное смещение.
Изменяется высота барьера:
.
Следствия:
1). Изменяется ширина перехода: .
2). Изменяюстя концентрации носителей заряда на границах с ОПЗ:
;
.
3). Изменяются (сильно), а также(слабо).
3.2. Квазиуровни Ферми для электронов и дырок
Ансамбли электронов и дырок описываются функциями распределения:
Ev
Fi
F
Ec
E 1 1/2 0 fn0 р п
В состоянии равновесия:
;
.
Положение F определяет значения п0 и р0. При ,:
; (3.1а) ; (3.1.б).
Если равновесие нарушено не слишком сильно, функции распределения похожи на равновесные, но сдвинуты по энергиям:
;
.
Причина: для электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне функции распределения релаксируют к равновесным быстро:
с — время релаксации энергии.
Для всего ансамбля (электроны + дырки) — гораздо медленнее:
с — время жизни.
Положения Fп и Fп определяют значения п и р0. При ,:
; ;.
Градиенты квазиуровней Ферми определяют токи:
.
;.
3.3. Энергетическая диаграмма неравновесногор-п перехода
1). V > 0.
; ;
Инжекция дырок из р – области в п –область: ;
инжекция электронов из п – области в р – область: .
Если рекомбинация в ОПЗ незначительна, то в ОПЗ квазиуровни Ферми почти горизонтальны:
.
Обоснование: в ОПЗ — не зависит от.
.
почти во всей ОПЗ. Следовательно,
; .
Аналогично .
2).V < 0.
Экстракция дырок из р – области: ;
экстракция электронов из п – области: .
3.4. Граничные условия и уровень инжекции
Избыточные концентрации носителей заряда: ;
.
В ОПЗ (и на ее границах): ;
. (3.2)
Вне ОПЗ (и на ее границах) — квазинейтральность:
;. (3.3)
Из (3.2) и (3.3) на границе ОПЗ и базы п-типа :
; . Отсюда:
(3.4а)
Аналогично на границе ОПЗ и эмиттера р-типа :
(3.4б)
Уровень инжекции: отношение концентрации неосновных носителей к равновесной концентрации основных носителей.
Для п-типа ; для р-типа .
НУИ: .ВУИ: .
Уровни инжекции в базе (п-типа) и эмиттере (р-типа):
. .
При НУИ в базе и эмиттере ,, и из (3.2):
; .(3.5А) Граничные
; (3.5а)условия Шокли
При ВУИ в базе , и из (3.2):. (3.6)
В эмиттере ВУИ быть не может.
3.5. Ширина р-п перехода
В формулах для равновесной ширины р-п перехода: .
Ступенчатый р-п переход: Линейный р-п переход
..
В общем случае:
, где .
Основные результаты
1. Токи дрейфа и диффузии пропорциональны концентрациям носителей заряда и градиентам квазиуровней Ферми.
2. Квазиуровни Ферми в ОПЗ постоянны. Расстояние между ними равно приложенному напряжению.
3. Напряжение на переходе определяет граничные концентрации носителей заряда. При НУИ справедливы граничные условия Шокли, при ВУИ в базе .
4. Ширина р-п перехода зависит от напряжения и определяется соотношением , где.