3.2.2 Влияние температуры на характеристику и свойства р-п перехода

Основное влияние температуры на вольт-амперную характеристи­ку обусловлено сильной зависимостью концентрации неосновных носи­телей примесного полупроводника. Это вытекает из равенств (2.11) и (1.2), (1.4). В результате этого влияния при повышении темпе­ратуры перехода изменяются прямая и обратная ветви характеристи­ки, как показано на рис.3.9.

Обратная ветвь.При обратном смещении резко увеличивается об­ратный токр-пперехода. Из (3.8) следует, что эта зависимость экспоненциальна. Практически для определения тока при повы­шенной температуреt₂перехода используется приближенная фор­мула

, (3.11)

из которой следует, что тепловой ток увеличивается в два раза на каждые 10 градусов повышения температуры. Например, при повыше­нии температуры от +20 до +60°С ток I₀возрастает в 16 раз, т.е.. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается термогенерация носителей заряда (пар электрон – дырка), что в свою очередь приводит к дальнейшему уве­личению обратного токаI₀и нагревур-пперехода.

Пример 3.3

Напряжение пробоя при повышенной температуре перехода T₂увеличивается для лавинного пробоя –U_проб2>U_проб1, и уменьшится для туннельного пробоя –U_проб2>U_проб1(рис. 3.9).

Рис. 3.9

Прямая ветвьпри повышении температуры смещается в сторону оси тока. При заданном напряженииU_a = U₁токI₀увеличивает­ся сI₁(точкаА₁) до значения I₂, (точкаA₂). При заданном токеI_a = I₁напряжениеU_aпри повышении, температуры уменьша­ется сU₁(точкаА₁) доU₂(точкаА₂). Изменение прямой ветви оценивается температурным коэффициентом напряжения (ТКН):

. (3.12)

Для германиевых и кремниевых р-ппереходов ТКН отрицателен, ве­личина его находится в пределах (1,2–3) мВ/град /2/. Однако на практике часто принимают ТКН равным 2 мВ/град.

3.2.3. Емкость р-п перехода

При образовании р-пперехода в приграничных слоях возника­ют неподвижные объемные заряды (см. рис.3.1) и величина полного объемного заряда изменяется при изменении приложенного к перехо­ду напряженияU_a(изменяется ширина перехода при постоянной объемной плотности заряда, рис.3.4). Следовательно,р-ппере­ход является еще и плоским конденсатором. Обкладками его служат прилагающие границыр-ип-областей, а диэлектриком – обеднен­ный носителями слойр-пперехода. Эту емкость называют барьер­нойC_бар(или зарядной). ВеличинаC_бартак же, как и шири­на перехода, зависит от величины приложенного напряжения /2/, она учитывается уже на сравнительно низких частотах при обратном смещении.

Из справочника обычно бывает известна величина С_бар.опри указанном смещении U_a. Тогда величинаС_бар.xпри любом смещенииU_xнаходится по формуле

, (3.13)

где n= 2 для ступенчатых переходов,n= 3 для плавных пере­ходов.

Кроме барьерной емкости р-ппереходы характеризуются еще диффузионной емкостьюC_диф, отражающей изменение величины заряда инжектированных носителей в базе. ВеличинаC_дифувеличи­вается при прямом смещении на очень высоких частотах. ЕмкостиC_бариC_дифобусловливают инерционностьр-пперехода.

Глава 4. Полупроводниковые диоды