6. Емкость р-n перехода.

Р-n переход обладает емкостью и его можно трактовать, как плоский конденсатор. Емкость бывает 2-х типов: барьерная и диффузионная.

Это не из лекций, но хорошо объясняется, формулы барьерной емкости не совпадает с лекциями.

Барьерная емкость соответствует обратновключенному p-n-переходу, который рассматривается как обычный конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненный слой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями

,

(1.19)

где   – относительная диэлектрическая проницаемость;   – электрическая постоянная  ;   – площадь запирающего слоя;   – толщина запирающего слоя.

Барьерная емкость возрастает при увеличении площади p-n-перехода и диэлектрической проницаемости полупроводника и уменьшении толщины запирающего слоя. В зависимости от площади перехода   может быть от единиц до сотен пикофарад. Особенностью барьерной емкости является то, что она является нелинейной емкостью. При возрастании обратного напряжения толщина перехода увеличивается и емкость   уменьшается. Характер зависимости   показывает график на рис. 1.22. Как видно, под влиянием   емкость   изменяется в несколько раз.

Рис. 1.22. Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения

Диффузионная емкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в n- и p-областях при прямом напряжении на переходе. Она практически существует только при прямом напряжении, когда носители заряда диффундируют (инжектируют) в большом количестве через пониженный потенциальный барьер и, не успев рекомбинировать, накапливаются в n- и p-областях. Каждому значению прямого напряжения соответствуют определенные значения двух разноименных зарядов   и  , накопленных в n- и p-областях за счет диффузии носителей через переход. Емкость   представляет собой отношение зарядов к разности потенциалов:

.

(1.20)

С увеличением   прямой ток растет быстрее, чем напряжение, т. к. вольт-амперная характеристика для прямого тока имеет нелинейный вид, поэтому   растет быстрее, чем   и   увеличивается.

Диффузионная емкость значительно больше барьерной, но использовать ее не удается, т. к. она шунтируется малым прямым сопротивлением p-n-перехода. Численные оценки величины диффузионной емкости показывают, что ее значение составляет несколько единиц микрофарад.

Таким образом, р-n-переход можно использовать в качестве конденсатора переменной емкости, управляемого величиной и знаком приложенного напряжения.

Из лекций.

Барьерная емкость при повышении прямого напряжения уменьшается при понижении увеличивается.

Диффузионная емкость - возникает при включении диода в прямом направлении из-за инжекции носителей заряда из одной области в другую и создание противоположно заряженных плоскостей. При прямом напряжении барьерная емкость выше диффузионной, барьерная меньше диффузионной, а при обратном напряжении существует только барьерная.

Зависимость р-n перехода от внешнего перехода позволяет построить варикап –прибор переменной емкости.

7. Температурные свойства р-n перехода. (Не по лекциям)

Вольтамперные характеристики p-n-перехода для двух значений температуры окружающей среды приведены на рис. 2.6.  С ростом температуры падает прямое напряжение на p-n-переходе при заданном токе и растет обратный ток при заданном напряжении.

 Прямой ток p-n-перехода определяется ПОНЗ, который зависит от величины потенциального барьера в p-n-переходе. Увеличение температуры приводит к уменьшению потенциального барьера, а следовательно,  к увеличению прямого тока.

Обратный ток p-n-перехода определяется ПННЗ. Увеличение температуры приводит к увеличению скорости тепловой генерации, концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике растет, а следовательно,  растет обратный ток.

Для количественной оценки влияния температуры на ВАХ p-n-перехода используют два параметра.

Температурный коэффициент напряжения (ТКН) показывает, на сколько изменится прямое напряжение на p-n-переходе (U) при заданном изменении температуры Т при постоянном токе через  p-n-переход:

 .

Для германиевых p-n-переходов ТКН  -2 мВ/град, для кремниевых p-n-пе-реходов ТКН   -3 мВ/град.

Температура удвоения обратного тока p-n перехода Т^* позволяет рассчитать обратный ток i_ОБР(Т₀ + Т) при возрастании температуры на Т по известному значению обратного тока при заданной температуре Т₀.

i_ОБР(Т₀ + Т) = i_ОБР(Т₀)·2^Т/Т*.

Для германиевых p-n-переходов обратный ток удваивается на каждые  10C (Т* = 10C) , для кремниевых - Т* = 8C.