5.3. Ток термогенерации (обратное смещение перехода)

При диффузионные потоки электронов и дырок практически прекращаются, и в области перехода выполняется неравенства: , , .

При этом из (2.2) - (2.5) получим:

, (5.6)

. (5.7)

С учетом (3.11) зависимость тока термогенерации от напряжения имеет вид:

, (5.8)

где

; (5.9)

для ступенчатого (или сильно асимметричного диффузионного) перехода, и для линейного перехода.

Заметим, что ток термогенерации пропорционален собственной концентрации носителей заряда , в то время, как тепловой ток пропорционален . В связи с этим значения температуры идля тока термогенерации вдвое больше, чем для теплового тока (приэто утверждение несправедливо).

Интересно сравнить величины тока термогенерации и теплового тока. Полагая и , из (5.8), (5.9) и (4.27а) получим

. (5.10)

В германиевых диодах, ввиду большой величины собственной концентрации , (за исключением области очень низких температур). В кремниевых диодах собственная концентрация носителей заряда значительно меньше, поэтому при комнатной температуре обычно выполняется неравенство.

С ростом температуры тепловой ток увеличивается быстрее, чем ток термогенерации, поэтому тепловой ток превосходит ток термогенерации при температурах порядка 120 °С. Абсолютная величина тока термогенерации, так же как и теплового тока, в кремниевых диодах значительно меньше, чем в германиевых.

Типичные обратные ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов при комнатной температуре представлены на рис. 5.1.

5.4. Ток рекомбинации (прямое смещение перехода)

При скорость рекомбинации носителей заряда в переходе значительно превосходит скорость термргенерации:

, (5.11)

.

Учитывая соотношение (3.5), нетрудно убедиться, что скорость рекомбинации достигает максимального значения в плоскости перехода, где. При этом

. (5.12)

Подставляя (5.12) в (5.4), получим

. (5.13)

Здесь эффективная ширина р-п перехода в 2-3 раза меньше его действительной ширины, а токопределяется соотношением (5.9). Выражение (5.13) показывает, что ток рекомбинации слабее нарастает с ростом прямого напряжения (~), чем диффузионный ток (~). Поэтому вклад тока рекомбинации в общий ток диода заметен только при малых уровнях тока.

В германиевых диодах ток рекомбинации можно обнаружить только при низких температурах (когда мало).

В заключение заметим, что полученная ВАХ тока рекомбинации (5.13) является следствием принятого допущения о том, что энергетический уровень ловушек совпадает с электростатической энергией. При этом скорость рекомбинации максимальна в плоскости , проходящей через половину высоты потенциального барьера (рис.5.2), а показатель экспоненты в (5.12) равен. ПриВАХ имеет вид:

~, (5.14)

где . Подставляя (5.14) в (4.41), нетрудно видеть, что в случае, когда основной вклад в ток дает ток рекомбинации (), коэффициент качества - ВАХ снижается:.