dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 01.diodes / 6
.doc
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 от х. 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 энергия должна изменяться ~ на :
;
;
, где .
Из (6.5): . (6.6)
При К в Ge диодах , и ток мал.
В Si диодах , и при малых ток — основной. При повышении ток инжекции растет быстрее и при больших прямых токах превалирует.
6.3. Сопротивление базы
.
а) НУИ:
.
а) ВУИ: при — то же.
Случай в разделе 6.4.
При или при НУИ
;
.
.
— ток омического вырождения.
6
п-база 0
wB
x пп pп пп0
рп0
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)
. (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): ВУИ во 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
/
IS) 10 30 20 0 I
=
IS
(eV/T
-
1) m
= 1 m
= 2 m
= 3 ВУИ НУИ wB
<<
LB wB
>>
LB rB 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. При прямой 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 eV/mT , 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 неидеальности m = 2 обусловлено изменением граничных условий при ВУИ, а m = 3 — совместным действием измененных граничных условий и сопротивления базы, которое уменьшается с ростом тока.