dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 01.diodes / 1-2
.doc
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 и резко возрастают с ростом ;
токи не изменяются;
ток слабо уменьшается из-за сужения перехода.
При потенциальный барьер повышается:
токи и быстро 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. Диффузионный р-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 .