Основные результаты.

1. Анализ идеализированного диода сводится к решению уравнения непрерывности для неосновных носителей в эмиттере и базе без учета электрического поля.

2. ВАХ идеализированного диода описывается уравнением (4.25) и полностью определяемся единственным параметром - тепловым током.

3. При обратном смещении температурная зависимость ВАХ определяется температурной зависимостью тока и характеризуется температурами или.

4. При прямом смещения температурная зависимость ВАХ характеризуется температурным коэффициентом напряжения (ТКН), величина которого отрицательна.

5. Выпрямляющие свойства диода проявляются в различии дифференциального и статического сопротивлений, определяемых соотношениями (4.37) и (4.38). При прямом смещении дифференциальное сопротивление диода обратно пропорционально току.

6. Соотношение дырочного и электронного тока в плоскости перехода определяется эффективностью эмиттера. Эффективность эмиттера увеличивается с увеличением степени легирования эмиттера и уменьшением степени легирования базы.

5. Вах реального диода

5.1. Особенности вах реального диода

Идеализированная модель диода основана на целом ряде физических допущений, перечисленных в параграфе 4.1. При работе реального диода в широком диапазоне токов эти допущения могут не выполняться, что приводит к расхождению ВАХ реального диода и ВАХ, описываемой выражением (4,25). В области больших токов должны проявляться эффекты, связанные с падением напряжения на сопротивлениях базы и эмиттера, а также с повышением уровня инжекции. При высоком уровне инжекции перестают выполняться граничные условия Шокли, определяющие форму ВАХ. Кроме того, при высоком уровне инжекции недопустимо пренебрежение дрейфовым током неосновных носителей заряда, поскольку их концентрация не может считаться малой. Наконец, часть тока в реальном диоде связана с термогенерацией и рекомбинацией электронно-дырочных пар в переходе. Этот ток не был учтен в идеализированной модели диода.

В главе 5 будут рассмотрены указанные выше эффекты, выяснены связанные с ними изменения ВАХ диода и определены условия, при которых учет того или иного эффекта становится необходимым.

5.2. Термогенерация и рекомбинация носителей заряда в р-п переходе

При выводе ВАХ идеализированного диода мы пренебрегали термогенерацией и рекомбинацией носителей в области р-п перехода, считая, что инжектированные составляющие дырочного и электронного тока одинаковы по обе стороны перехода.

Носители заряда, генерированные в области р-п перехода, подхватываются Сильным электрическим полем и выбрасываются за пределы перехода: дырки - в р-область, электроны - в п-область. Таким образом, ток термогенерации направлен от п-области к р-области.

Носители заряда, диффундирующие через р-п переход, имеют вероятность рекомбинировать в области перехода. Поскольку дырки диффундируют в сторону п-области, а электроны - в сторону р-области, с процессом рекомбинации в переходе связан ток, протекающий от р-области к п-области. При выводе ВАХ мы вычисляем диффузионный ток носителей после их выхода из р-п перехода. Таким образом, ток, связанный с рекомбинацией б области перехода, учтен нами не был.

В равновесном состоянии токи термогенерации и рекомбинация в р-п переходе взаимно уравновешиваются.

При прямом смещении перехода диффузионные потоки носителей резко возрастает, соответственно возрастает и ток рекомбинации в переходе. Ток термогенерации, напротив, уменьшается, так как скорость генерации зависит только от температуры, а объем р-п перехода сокращается вследствие уменьшения его ширины. Таким образом, ток рекомбинации увеличивает общий прямой ток диода.

При обратном смещении перехода диффузионные потоки носителей практически прекращаются, соответственно прекращается и ток рекомбинации в переходе. С увеличением обратного смещения ток термогенерации несколько возрастает из-за увеличения объема р-п перехода. Таким образом, ток термогенерации увеличивает общий обратный ток диода и делает зависящим его от напряжения.

Расчет токов термогенерации и рекомбинации в переходе проводится на основании теории рекомбинации электронов и дырок, разработанной Шокли и Ридом [3, с.310-312]. Ими было получено соотношение для расчета скорости рекомбинации электронно-дырочных пар в предположении, что рекомбинация происходит через ловушки, энергетический уровень которых расположен в запрещенной зоне. Для случая, когда коэффициенты захвата ловушками электронови дырокодинаковы, а уровень ловушек совпадает с уровнем электростатической энергии (уровнем Ферми в собственном полупроводнике), соотношение имеет вид:

, (5.1)

где - скорость рекомбинации пар;- скорость генерации;;- концентрация ловушек.

Ввиду постоянства квазиуровней Ферми в области р-п перехода произведение концентрации электронов и дырок не зависит от координаты и определяется приложенным к переходу напряжением. Подстановка (3.5) в (5.1) дает

. (5.2)

Первое слагаемое в правой части (5.2) соответствует скорости рекомбинации пар, второе - скорости термогенерации. Поскольку каждая рекомби-нированная в переходе пара вызывает протекание в цепи диода заряда е в направлении от р- к п-области, а каждая генерированная пара - протекание в цепи диода того же заряда в обратном направлении, ток генерации-рекомбинации может быть представлен в виде:

, (5.3)

где

- (5.4)

ток рекомбинации;

- (5.5)

ток термогенерации.