6. Вах реального диода

6.1. Особенности вах реального диода

1. Область малых токов — токи рекомбинации-генерации в ОПЗ.

2. Область больших токов:

• влияние сопротивлений базы и эмиттера;

• нарушение НУИ — не выполняются граничные условия Шокли;

• необходимо учитывать дрейфовые токи неосновных носителей.

6.2. Токи рекомбинации-генерации в опз

При .

При ; при.

(6.1)

Основной механизм рекомбинации в Si — ловушечная (Шокли-Рида-Холла).

,

где — концентрация ловушек,— скорости захвата электронов и дырок,,,.

Для простоты положим: ;.

Тогда: ,, и

. (6.2)

а) . ;. Из (6.1), (6.2):

(6.3)

где (6.4)

, а , поэтому.

При К:

в Si диодах , в Ge диодах.

б) .В (6.2) от х зависит знаменатель: .

В ОПЗ — не зависит отх. При этом сумма минимальна в плоскости ОПЗ, где.

.

В (6.2): ;

.

Это значение можно использовать в (6.1), если проводить интегрирование по той части ОПЗ длиной , где:

.

Согласно (6.4): Отсюда:

. (6.5)

На длине в ОПЗ энергиядолжна изменяться ~ на:

;

;

, где .

Из (6.5): . (6.6)

При К в Ge диодах, и токмал.

В Si диодах , и при малыхток— основной. При повышенииток инжекции растет быстрееи при больших прямых токах превалирует.

6.3. Сопротивление базы

.

а) НУИ:

.

а) ВУИ: при — то же.

Случай в разделе 6.4.

Приили при НУИ

;

.

.

—ток омического вырождения.

6

п-база

0 WB X

п_п

p_п

п_п0

р_п0

.4. ВАХ диода при ВУИ

Особенности:

1) граничные условия;

2) зависит от;

3).

Рассмотрим случай тонкой базы.

Допущения: а) ВУИ во всей базе (); б) ().

1). Распределения носителей заряда в базе.

При ВУИ .

. Биполярное уравнение непрерывности:

, где., но в биполярном уравнении непрерывности его нет, т.к..

Граничные условия: ; (6.7а)

, (6.7.б)

Решение — линейные функции (рис.).

2). Поле в базе.

; (6.8)



. Отсюда:

. (6.9)

3). ВАХ р-п перехода.

(6.3)  (6.2): (поле эквивалентно удвоению).

(рис.). С учетом (6.2):

. (6.10)

4). ВАХ диода.

; (1) .

С учетом (6.1а,б): (2).

Из (1) и (2): . Подставив в (6.4), получим:

, (6.11) где . (6.12)

5). Эффективность эмиттера.

— снижается с ростом тока, т.к.

(в эмиттере НУИ); (согласно (6.4))

При анализе использованы очень грубые допущения а) и б): ВУИво всей базе может быть только при очень больших токах, когда .

6.5. Общий характер ВАХ реального диода.

0 10 20 30 V / _T

ln (I / I_S)

10

30

20

0

I = I_S (e^V/_T - 1)

m = 1

m = 2

m = 3

ВУИ

НУИ

w_B << L_B

w_B >> L_B

r_B

Si

Ge

I  i0 eV/m

m — фактор неидеальности.

Основные результаты

1. В Si диодах при малых токах ВАХ определяется токами генерации-рекомбинации носителей заряда в ОПЗ. При обратный ток термогенерации пропорционален толщине ОПЗ. Припрямой ток рекомбинации пропорционален.

2. В диодах с толстой базой при большом токе ВАХ вырождается в линейную из-за сопротивления базы.

3. приближенно прямая ВАХ диода имеет вид I  I₀ e^V/m_T , где m >1 — фактор неидеальности, зависящий от тока.

4. В диодах с тонкой базой при ВУИ ВАХ р-п перехода имеет вид , а ВАХ диода —. Значение фактора неидеальностиm = 2 обусловлено изменением граничных условий при ВУИ, а m = 3 — совместным действием измененных граничных условий и сопротивления базы, которое уменьшается с ростом тока.