Билет 44. Инерционные свойства диодов. Барьерная емкость.

Полупроводниковый диод является инерционным элементом по отношению к быстрым изменениям тока или напряжения. Экспериментально, при прохождении переменного тока через диод напряжение на нем отстает по фазе от тока, т.е. диод обладает реактивностью емкостного характера => наряду с проводимостью диод обладает емкостью, которую можно считать подключенной параллельно p-n переходу. Эту емкость принято разделять на две составляющие: барьерную емкость, отражающую перераспределение зарядов в области пространственного заряда (ОПЗ) p-n перехода, и диффузионную емкость, отражающую перераспределение зарядов в областях эмиттера и базы.

Изменение ширины области p-n перехода при приложении к нему напряжения смещения приводит к изменению заряда двойного электрического слоя, образованного отрицательно заряженными акцепторами в дырочном и положительно заряженными донорами в электронном полупроводниках. Это означает, что p-n переход обладает электроемкость. Эта емкость C_Б = получила название барьерной емкости p-n перехода, поскольку заряд dQ, появление которого связано с изменением напряжения dU, располагается в области потенциального барьера p-n перехода. С помощью преобразований получаем окончательное выражение для барьерной емкости p-n перехода . Где S-площадь p-n перехода, L-толщина p-n перехода.

Билет 45. Инерционные свойства диодов. Диффузионная емкость.

Полупроводниковый диод является инерционным элементом по отношению к быстрым изменениям тока или напряжения. Экспериментально, при прохождении переменного тока через диод напряжение на нем отстает по фазе от тока, т.е. диод обладает реактивностью емкостного характера. Следовательно, наряду с проводимостью диод обладает емкостью, которую можно считать подключенной параллельно p-n переходу. Эту емкость принято разделять на две составляющие: барьерную емкость, отражающую перераспределение зарядов в области пространственного заряда (ОПЗ) p-n перехода, и диффузионную емкость, отражающую перераспределение зарядов в областях эмиттера и базы.

Появление диффузионной емкости вызвано инжекцией неосновных носителей в области p и n при протекании через p-n переходы прямого тока: в область p инжектируются электроны, а область p – дырки. Одновременно в силу электронейтральности увеличивается число основных носителей зарядов в областях p и n. При этом заряд дырок, инжектированных в n-область, нейтрализуется зарядом дополнительных электронов, вошедших а область n из внешней цепи, так что плотность объемного заряда в области n остается равной нулю. Аналогичные процессы имеют место и в p-области. При изменении напряжения на p-n переходе изменяются ток и заряды в областях p и n. В результате возникает емкость, обусловленная инжекцией и диффузией неосновных носителей. Она складывается из диффузионных емкостей базы и эмиттера

Билет 47. Туннельный диод. Диод Шоттки.

Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p⁺‑n⁺ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольт-амперной характеристики которого наблюдается n‑образная зависимость тока от напряжения. Если концентрация доноров и акцепторов в эмиттере и базе диода будет N_A, N_D ~ 10²⁰ см^-3, то концентрация основных носителей будет много больше эффективной плотности состояний в разрешенных зонах p_p0, n_n0 >> N_C, N_V. В этом случае уровень Ферми будет находиться в разрешенных зонах p⁺ и n⁺ полупроводников. В полупроводнике n⁺‑типа все состояния в зоне проводимости вплоть до уровня Ферми заняты электронами, а в полупроводнике p⁺‑типа – дырками. Рассчитаем, чему равна геометрическая ширина вырожденного p‑n перехода = 10^-6 см. Таким образом, геометрическая ширина p⁺‑n⁺ перехода оказывается сравнима с дебройлевской длиной волны электрона. В этом случае в вырожденном p⁺‑n⁺ переходе можно ожидать проявления квантово-механических эффектов, одним из которых является туннелирование через потенциальный барьер. При узком барьере вероятность туннельного просачивания через барьер отлична от нуля.

Диоды Шоттки используют выплямляющие свойства контактов металл-полупроводник. Предполагается, что заряды на их поверхностях отсутствуют, а термодинамическая работа выхода электронов из металла Ф_m больше, чем у полупроводника Ф_s. При сближении металла и полупроводника на расстояние, на котором они могут обмениваться электронами, металл будет “-“отрицательно, а п/п “+”, так как электронам легче перети из п/п в металл, чм наоборот. Когда электроны часть перейдет в металл, установится термодинамическое равновесие, при котором уровни Ферми сравняются. В результате возникает эл. поле Е_к направленное от п/п к металлу. Из-за невысокой концентрации электронов в металле это поле проникает на малую глубину, поэтому можно считать, что оно сосредоточено только в п/п. Поле вызывает изгиб энергетических зон п/п . При этом у поверхности п/п возникает “+” слой толщиной l. Концентрация основных носителей в слое меньше, чем в объеме п/п, а его сопротивление больше. Такой объем наз. обедненным или запорным. В дырочном п/п положительный заряд в слое образуется свободными дырками, концентрация которым меньше, чем в объеме, и сопротивление такого слоя меньше, чем объема. Такой слой называют обогащенным или анизотропным. Запорный слой образует барьер для электронов.