- •Общие сведения об электронных приборах
- •1.1. Классификация
- •1.2. Режимы, характеристики и параметры электронных приборов
- •1.3. Модели электронных приборов
- •Электрофизические свойства полупроводников
- •2.1. Концентрация носителей заряда в равновесном состоянии полупроводника
- •2.1.2. Метод расчета концентраций
- •2.1.3. Условие электрической нейтральности
- •2.1.4. Концентрация основных и неосновных носителей в примесных полупроводниках
- •2.1.5. Положение уровня Ферми в полупроводниках
- •2.1.6. Распределение носителей заряда по энергии
- •2.2. Неравновесное состояние полупроводника
- •2.2.1. Неравновесная и избыточная концентрации носителей заряда
- •2.2.2. Плотность тока в полупроводнике
- •2.2.3. Уравнение непрерывности
- •Глава 3 электрические переходы в полупроводниковых приборах
- •3.1. Электрические переходы
- •3.2. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
- •3.3. Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии
- •3.4. Вольт-амперная характеристика идеализированного р-n-перехода
- •3.5. Вольт-амперная характеристика реального р-n-перехода
- •3.6. Параметры и модель р-n-перехода в динамическом режиме
- •3.7. Частотные свойства p-n-перехода
- •3.8. Импульсные свойства р-n-перехода
- •3.9. Контакт металл - полупроводник и гетеропереходы
- •Разновидности полупроводниковых диодов
- •4.1. Классификация
- •4.2. Выпрямительные диоды
- •4.3. Стабилитроны и стабисторы
- •4.4. Универсальные и импульсные диоды
- •4.5. Варикапы
- •4.6. Туннельные и обращенные диоды
- •Технологии производства полупроводниковых диодов
- •Биполярные транзисторы Принцип действия биполярного транзистора. Режимы работы Общие сведения
- •Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе
- •Эффект Эрли
- •5.2. Электрическая модель биполярного транзистора в статическом режиме (модель Эберса - Молла)
- •5.3. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •5.3.2. Схема с общим эмиттером
- •5.3.3. Влияние температуры на статические характеристики бт
- •5.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора в статическом режиме
- •Квазистатический режим биполярного транзистора в усилительном каскаде Графоаналитическое рассмотрение при большом сигнале
- •Биполярный транзистор в квазистатическом режиме как линейный четырехполюсник
- •5.6. Нелинейная и линейная динамические модели биполярного транзистора
- •5.6.1. Нелинейная динамическая модель биполярного транзистора
- •5.6.2. Линейная (малосигнальная) модель биполярного транзистора
- •Тиристоры
- •6.1. Транзисторная модель диодного тиристора (динистора)
- •6.2. Вольт-амперная характеристика динистора
- •6.3. Тринистор
- •6.4. Симметричные тиристоры (симисторы)
3.6. Параметры и модель р-n-перехода в динамическом режиме
3.6.1. Дифференциальное сопротивление
Оно определяется выражением Rдиф = dU/dI и характеризует крутизну ВАХ (рис. 3.19,а) в рассматриваемой точке (Rдиф обратно пропорциональна производной dI/dU). Для идеализированного перехода по формуле (3.40) можно получить аналитическое выражение
(3.51)
Для прямой ветви ВАХ, где I >>I0,
(3.51 a)
При комнатной температуреT = 0,026 В. Выразив I в миллиамперах, получим широко используемую для оценок формулу
(3.52)
При прямом напряжении Rдиф мало и убывает с ростом напряжения, а при обратном очень велико. Дифференциальное сопротивление называют также сопротивлением переменному току.
3.6.2. Барьерная емкость
Обедненный слой перехода подобен конденсатору, так как в нем «связаны» равные по величине, но противоположные по знаку заряды ионов акцепторовQa и доноров Qд (|Qa| = Qд). Так как эти заряды определяют потенциальный барьер, то и емкость называется барьерной.
По определению ток смещения Iсм =0 дЕ/дt = дQ/дt. Это соотношение можно записать в виде
(3.53)
где
(3.54)
называется дифференциальной барьерной емкостью р-п-перехода.
Если приращение напряжения мало, то изменения толщины слоя Iр и In малы. Следовательно, можно считать, что переход эквивалентен конденсатору, «обкладками» которого являются тонкие слои Iр и In, находящиеся на расстоянии, равном исходной толщине обедненного слоя I (Iр << I, In << I). Приращение заряда Q происходит на этих «обкладках», так как между ними нет изменения зарядов. Общая формула для барьерной емкости как емкости плоского конденсатора:
(3.55)
Подставив в (3.55) толщину перехода I из формулы (3.15) и произведя преобразования, получим зависимость Сб от напряжения и других параметров для резкого р-n-перехода:
(3.56)
Зависимость Сб от напряжения (вольт-фарадная характеристика) показана на рис. 3.21. Значение барьерной емкости пои U = 0
(3.57)
Используя (3.57), можно переписать (3.56) в более простом виде:
(3.58)
3.6.3. Диффузионная емкость
Эта емкость связана с наличием в р- иn-областях избыточных носителей. На рис. 2.8 было показано распределение неравновесных и избыточных неосновных и основных носителей в областях. При прямом напряжении происходит процесс инжекции неосновных носителей (рис. 3.22,а). Появляются избыточные концентрации неосновных носителей в каждой области и в соответствии с условием электрической нейтральности равные им избыточные концентрации основных носителей. Таким образом, в n-области (как и в конденсаторе) оказываются в равном количестве положительный заряд избыточных дырок (неосновные носители) и отрицательный заряд избыточных электронов (основные носители). Аналогично р-область ведет себя как конденсатор с отрицательным зарядом избыточных электронов (неосновные носители) и равным ему положительным зарядом избыточных дырок (основные носители).
Процесс накопления избыточных зарядов – инерционный процесс, связанный с временем жизни неосновных носителей. Это накопление принято характеризовать дифференциальной диффузионной емкостью, которая учитывает изменение избыточных носителей (дырок и электронов) в обеих областях при изменении напряжения:
(3.60)
Используя формулы (3.35) для распределения избыточных носителей вне перехода и формулы (3.60) и (3.7), получаем
(3.61)
(3.61а)
Но для идеализированного р-n-перехода Т/I – дифференциальное сопротивление Rдиф (3.51 а), поэтому
(3.62)
Через барьерную емкость протекают токи смещения, в то время как через диффузионную емкость – ток носителей. Диффузионная емкость отражает инерционность процесса накопления и рассасывания избыточных носителей в областях р-n-структуры. Поэтому диффузионную емкость называют иногда «фиктивной» емкостью, формально позволяющей описать инерционные свойства р-n-перехода. При этом также говорят о зарядке и разрядке этой емкости, как для обычного конденсатора.
3.6.4. Малосигнальная модель p-n-перехода
На рис. 3.23,а изображена нелинейная электрическая модель (или эквивалентная схема) p-n-перехода, содержащая безинерционный диод (или зависимый генератор тока), ВАХ которого представляется уравнением (3.43), параллельно включенные емкостиСб и Сдф, также зависящие от напряжения.
Модель называется линейной, если к р-n-переходу прикладывается переменное синусоидальное напряжение малой амплитуды (малый сигнал). Линейная модель (рис. 3.23,б) отличается от нелинейной тем, что вместо идеализированного p-n-перехода включено дифференциальное сопротивление Rдиф, представляющее собой сопротивление перехода на переменном токе.