
- •Глава 3 электрические переходы в полупроводниковых приборах
- •3.1. Электрические переходы
- •3.2. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
- •3.2.1. Структураp-n-перехода
- •3.2.2. Образование p-n-перехода
- •3.2.3. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии равновесия. Формула для контактной разности потенциалов
- •3.2.4. Распределение напряженности электрического поля и потенциала в р-n-переходе
- •3.3. Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии
- •3.3.1. Потенциальный барьер
- •3.3.2. Толщина р-n-перехода
- •3.3.3 Энергетические диаграммы р-n-перехода
- •3.4. Вольт-амперная характеристика идеализированного р-n-перехода
- •3.5. Вольт-амперная характеристика реального р-n-перехода
- •3.5.1. Учет генерации и рекомбинации носителей заряда в обедненном слое
- •3.5.2. Учет сопротивлений областей
- •3.5.3. Пробой р-n-перехода
- •3.6. Параметры и модель р-n-перехода в динамическом режиме
- •3.6.1. Дифференциальное сопротивление
- •3.6.2. Барьерная емкость
- •3.6.3. Диффузионная емкость
- •3.6.4. Малосигнальная модель p-n-перехода
- •3.7. Частотные свойства p-n-перехода
- •3.8. Импульсные свойства р-n-перехода
- •3.8.1. Переходные процессы при скачкообразном изменении полярности напряжения
- •3.8.2. Переходные процессы при воздействии импульса прямого тока
- •3.9. Контакт металл - полупроводник и гетеропереходы
- •3.9.1. Контакты металл полупроводник
- •3.9.2. Гетеропереходы
3.5. Вольт-амперная характеристика реального р-n-перехода
В начале § 3.4 были указаны допущения, характерные для идеализированного р-n-перехода и позволившие получить уравнение (3.40). Учтем теперь, к каким изменениям ВАХ приведет невыполнение некоторых допущений.
3.5.1. Учет генерации и рекомбинации носителей заряда в обедненном слое
Впервом допущении считалось, что потоки
носителей заряда в обедненном слое не
изменяются, т.е. предполагалось, что
токи в любом сечении этого слоя
одинаковы. В реальных условиях в
обедненном слое имеются генерация
и рекомбинация носителей, а следовательно,
и изменение плотности тока.
Влияние
процесса генерации носителей в переходе
иллюстрируется на рис. 3.12,а. Возникающие
при генерации пары носителей разделяются
электрическим полем перехода так, что
электроны переводятся вn-область,
а дырки в р-область, создавая дополнительную
составляющую обратного тока, называемую
генерационным током Iген.
По своей природе он, как и
,
является тепловым, различие состоит
лишь в том, что
создается неосновными носителями
прилегающих к переходу областей. В
состоянии равновесия генерационный
токIген
уравновешивается рекомбинационным
током Iрек,
природа которого ясна из рис. 3.12,б.
Некоторые основные носители, вошедшие
в обедненный слой, но не имеющие
достаточной энергии для преодоления
потенциального барьера, могут быть
захвачены рекомбинационными ловушками
(см. § 2.2.1), и рекомбинировать с носителями,
приходящими таким же образом из другой
области. Рекомбинация электрона и дырки
в самом переходе означает появление
дополнительного тока, противоположного
по направлению Iген.
В состоянии равновесия Iрек
= Iген
и ток через переход остается равным
нулю.
Что же произойдет с этими токами при прямом и обратном напряжениях на переходе?
При обратном напряжении потенциальный барьер в переходе возрастет настолько, что поток основных носителей через переход практически прекратится, поэтому исчезнет рекомбинационный ток. Наоборот, генерационный ток возрастет, так как расширится обедненный слой. Чем больше обратное напряжение, тем шире переход и больше Iген.
При прямом напряжении произойдет сужение обедненного слоя, следовательно, уменьшится ток Iген. но заметно возрастет ток Iрек из-за увеличения потока основных носителей через переход и соответствующего возрастания вероятности их захвата рекомбинационными ловушками. Однако при больших прямых напряжениях, когда потенциальный барьер становится малым, прямой ток через переход будет определяться практически инжекцией, а не рекомбинацией.
Таким образом, можно сделать вывод, что влияние Iген существенно при обратном напряжении, а влияние Iрек – при сравнительно небольшом прямом напряжении, как показано на рис. 3.13. Штриховой линией показана ВАХ идеализированного р-n-перехода.
Теория
показывает, что ток Iген
пропорционален концентрации
.
Так как тепловой ток
,
то отношениеIген
/
~ 1/
.
Поэтому в кремниевых р-n-переходах
обратный ток Iобр
=
+Iген
Iген,
а в германиевых Iобр
=
+Iген
.
Начальный участок прямой ветви ВАХ реального р-n-перехода можно описать, заменив в (3.40) Т на mТ. Величина т, называемая коэффициентом неидеальности, может принимать значения от 1 до 2. Первое значение соответствует случаю, когда преобладает инжекционная составляющая прямого тока, второе – случаю преобладания рекомбинационной составляющей. Существенно, что при m >1 значение тока уже не будет равно тепловому (3.41).