4.1. Модуляция проводимости базы

На БУИ Z > 1 инжектированные дырки за время релаксации нейтрализуются основными носителями заряда. В результате увеличивается концентрация как ННЗ, так и ОНЗ, а, следовательно, увеличивается проводимость (рис.1.6).

Рисунок 1.6 – Увеличение проводимости и удельного сопротивления базы с ростом уровня инжекции

,

, т.к. ,

,

где .

4.2. Возникновение диффузионного тянущего поля

На БУИ нарушается квазинейтральность базы и необходимо учитывать как диффузионный, так и дрейфовый ток ННЗ. Распределение концентрации носителей заряда в базе для этого случая отражено на рис.1.7.

Рисунок 1.7 – Распределение концентрации на БУИ и возникновение диффузионного поля

Для нейтрализации заряда дырок электроны должны иметь подобное распределение. Следовательно, в базе возникает градиент концентрации ОНЗ. Под действием этого градиента электроны за счёт диффузии будут уходить вглубь базы, создавая избыточный положительный заряд у границы р-n перехода и избыточный отрицательный в базе. Эти заряды и создают диффузионное поле, которое препятствует дальнейшему скатыванию электронов, и устанавливают стационарное состояние с установившимся градиентом концентрации ОНЗ. Диффузионное поле может иметь значительную величину. Поэтому необходимо учитывать дрейфовый ток ННЗ наряду с диффузионным.

(1.18)

После Е_D можно выразить через градиент концентрации носителей заряда. В резком р⁺-n переходе электронный ток значительно меньше дырочного:

; ; ; т.е. j=j_p+j_n ≈j_p или j_n≈0.

Используя это предположение, запишем:

,

Откуда , т.к. .

Подставив еd в (1.18), получим:

,

.

Учет дрейфового тока за счет Е_D ведет к увеличению эффективного коэффициента диффузии при описании ВАХ с помощью диффузионных токов (рис.1.8). При Z = 10 , это означает, что половина тока переносится диффузией дырок, а половина — дрейфом.

Рисунок 1.8 – Зависимость эффективного коэффициента диффузии от уровня инжекции

4.3. Увеличение времени жизни и диффузионной длины

Будем для наглядности считать, что рекомбинация в базе осуществляется через акцепторные ловушки, которые могут находиться в двух состояниях в отрицательном (захват электрона) и нейтральном (захват дырки). На малых уровнях инжекции в n-базе ∆р << n_no темп рекомбинации определяется только временем захвата дырки и время жизни отделяется τ_р (рис.1.9), так как все ловушки забиты электронами, и длительность акта рекомбинации определяется временем захвата дырки. На БУИ (∆р>>n_no) ловушки насыщены дырками (электроны с ловушечных центров упали на дырки в валентную зону, которых стало много) и время акта рекомбинации увеличивается. Чтобы произошёл акт рекомбинации, необходимо время для захвата электрона из зоны проводимости на ловушечный центр и время захвата этим центром дырки из валентной зоны. Следовательно, на БУИ τ ≈ τ_p+τ_n.

Рисунок 1.9 – Схема рекомбинационных процессов в n‑базе на МУИ (а) и БУИ (б)

Рисунок 1.10 – Зависимость времени жизни (рекомбинация на глубоких ловушках) от уровня инжекции

Изменение зарядового состояния ловушечных центров на БУИ снижает их рекомбинационные свойства. Статистика Шокли—Рида для одноуровневых центров даёт следующую зависимость времени жизни от уровня инжекции (рис.1.10).

, где b>d.

Увеличение эффективного коэффициента диффузии (за счёт поля) и времени жизни приводит к увеличению диффузионной длины с ростом уровня инжекции (рис.1.11).

Рисунок 1.11 – Распределение концентрации ННЗ на МУИ и БУИ