- •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
5. Анализ идеализированного диода
5.1. Модель идеализированного диода
Распределение носителей, токов и поля (, НУИ).
1) p0, n0
2) pn, np
3) pp, nn
4) pp, nn в ОПЗ.
1) j = const
2) База:
jp dif ~ dp /dx
p 0;
jp dr << jp dif jp
3) База:
jn = j - jp
4) Эмиттер
jn dr << jn dif jn
jp = j - jn
Допущения:
1). NE = const; NB = const.
2). НУИ (;).
3).; 4).. 5). В базе и эмиттере.
5.2. Методика анализа ВАХ
1). .
2). ;
.
3). — из биполяр. уравнений непрерывности с граничными условиями Шокли.
5.2. Распределение неосновных носителей заряда в базе
База (п).
При для НУИ стационарное биполярное уравнение непрерывности:
; ,
где —диффузионная длина неосновных носителей в базе.
Общее решение:
.
Граничные условия:
; (Шокли) (5.1а)
; (Омический контакт) (5.1б)
Частное решение:
. (5.2)
a)
. (5.2а)
б)
. (5.2б)
Из (5.1а) следует, что при V < -3T
и не зависит от V.
5.3. Вольт-амперная характеристика (ВАХ)
. Из (5.1а) следует, что .
Поэтому ВАХ дырочного тока должна иметь вид:
, (5.3)
где —тепловой ток дырок. Для случаев иего можно найти сразу из рисунка для.
a) ; (5.4а)
б) . (5.4б)
В общем случае, используя (5.2)получим:
, (5.4)
где — (5.5)
эффективное число Гуммеля в базе,
— (5.6)
число Гуммеля в базе.
Аналогично определяется тепловой ток электронов:
, (5.7)
где — (5.8)
эффективное число Гуммеля в эметтере,
— (5.9)
число Гуммеля в эметтере.
Общий результат:
; (5.10)
— тепловой ток;
т
1
2
3
V
/T I
/
IS -3
-2
-1 2 4 6 8 -0,5
0,5
1
V,
B I,
мА 0,2 0,4 IS Ge
Si
В Si-диодах А.
5.4. Тампературная зависимость вах
а) Обратная ветвь (V < -3T).
;.
,
где K, .
температура
удвоения теплового
тока.
а) Прямая ветвь (V > 3T).
; ;
; (а)
—ТКН.
Дифференцируя (а) по Т, получим:
.
Отсюда: , где,;
5.5. Дифференциальное сопротивлениер-п перехода
5.6. Коэффициенты инжекции
Определяются отношением электронного и дырочного токов через р-п переход:
—эффективность эмиттера.
Дляр-эмиттера , дляп-эмиттера .
Для р-эмиттера: . Всегда.
Обычно , иВАХ определяется свойствами базы.
Основные результаты
1. ВАХ идеализированного диода имеет вид и полностью определяется одним параметром — тепловым током.
2. Тепловой ток электронов определяется свойствами р-области, дырок — п-области.
3. Тепловой ток очень сильно зависит от температуры. Эта зависимость характеризуется температурой удвоения.
4. Температурная зависимость ВАХ при характеризуется ТКН.
5. Дифференциальное сопротивление открытого идеального диода , закрытого — бесконечно.
6. Отношение электронной и дырочной составляющих тока через переход характеризуется эффективностью эмиттера. При ВАХ определяется свойствами базы.