3.8.2. Переходные процессы при воздействии импульса прямого тока

Импульс тока с амплитудойI_пр (рис. 3.28,а) может быть получен с помощью генератора тока, в качестве которого можно использовать импульсный генератор напряжения с большим внутренним сопроти­влением или сопротивлением, включенным последовательно с ис­следуемым р-n-переходом. Эти сопротивления должны быть много больше прямого сопротивления р-n-перехода.

До включения генератора тока ба­зовая область (n-область) находилась в состоянии равновесия (не было избыточных дырок). После включения ге­нератора дырки будут переноситься током из р-области в n-область. Для получения установившегося распределения и необходимого ко­личества дырок в n-области требуется определенное время. Установившееся распределение показано кривой 4 на рис. 3.29. Кри­вые 3, 2 и 1 соответствуют распределению в предыдущие моменты времени. Однако наклон всех кривых (градиент dp_n/dx) при х = 0 оди­наков, так как он всегда должен обеспечивать один и тот же диффу­зионный ток I_пр ~ dp_n/dx. Так как после включения происходит рост кон­центрации дырок p_n на границе (х = 0) обедненного слоя и в самой ба­зе,

то одновременно происходит как плавный рост прямого напряже­ния на переходе, так и уменьшение объемного сопротивления базы R_б, на котором ток создает падение напряжения.

Поэтому следует рассматривать два случая. Если I_пр мал и паде­нием напряжения I_прR_б можно пренебречь, то изменение прямого напряжения р-n-перехода будет соответствовать рис. 3.28,б. При этом устанавливается напряжение U_p. После окончания импульса тока на р-n-переходе сохраняется прямое напряжение, пока избыто­чные носители базы (дырки) не рекомбинируют.

При больших токах I_пр необходимо учитывать падение напря­жения U_б = I_прR_б и его изменение, вызванное уменьшением R_б по мере накопления носителей в базе. Этому случаю соответствует рис. 3.28,в. Вначале наблюдается скачок напряжения U_б. Затем идет плавный рост напряжения (обычно быстрый) и далее начинается спад до установившегося значения U_пр. Спад связан с уменьшением R_б. После окончания импульса тока (I = 0) напряжение на диоде ска­чком уменьшается на I_прR_б, а затем убывает, как на рис. 3.28,б, пока не рекомбинируют все избыточные дырки в базе.

Длительность процесса установления прямого напряжения р-n-перехода характеризуется временем установления прямого напряжения или прямого сопротивления t_ycт. Это время отсчитыва­ется от момента включения импульса тока до момента, при котором напряжение достигает значения 1,1U_пр.

3.9. Контакт металл - полупроводник и гетеропереходы

3.9.1. Контакты металл полупроводник

Они используются в полупроводниковой электронике либо в ка­честве омических (невыпрямляющих) контактов с областями полупроводниковых приборов, либо в качестве выпрямляющих контак­тов. Структура и свойства таких контактов зависят от взаимного расположения уровня Ферми в металле и полупроводнике. Мы ос­тановимся кратко на выпрямляющих контактах металла и полупро­водника n-типа.

На рис. 3.30 показана зонная диаграм­ма контакта для случая, когда работа вы­хода полупроводника _n меньше работы выхода металла _М, отсчитываемых от уровней Ферми _Fn и _Fm до уровня вакуу­ма. После контакта слоев электроны n-полупроводника из-за меньшей работы вы­хода переходят в металл, поэтому вблизи границы с металлом остаются нескомпен­сированные положительные ионы доно­ров, а границы зоны проводимости и валентной зоны искривляются вверх, как показано на рис. 3.30. При этом в состоянии равновесия уровень Ферми в обоих случаях дол­жен быть одинаковым.

Область искривления зон (ширина перехода) мала и составляет обычно 0,1...0,2 мкм. Качественные переходы металл-полупровод­ник в настоящее время получаются напылением металла на полу­проводник в вакууме.

Потенциальный барьер в приконтактном слое, равный разности работ выхода металла и полупроводника (_к = _М – _n на рис. 3.30), называют барьером Шотки, а диоды, использующие эти барьеры, – диодами Шотки или диодами с барьером Шотки (ДБШ).

Если в контакте металла с n-полупроводником внешнее на­пряжение приложено плюсом к металлу, а минусом к полупровод­нику, то высота потенциального барьера понижается, приконтактный слой обогащается основными носителями (электронами) и его сопротивление уменьшается. Это напряжение является для перехода прямым.

Важной особенностью барьеров Шотки по сравнению с р-n-переходом является отсутствие инжекции неосновных носителей. Эти переходы «работают» на основных носителях, поэтому у них отсут­ствует диффузионная емкость, связанная с накоплением и рассасы­ванием неосновных носителей, и выше быстродействие.

Особенностью переходов с барьером Шотки является то, что их ВАХ ближе всего к экспоненциальной ВАХ идеализированного р-n-перехода, а прямое напряжение значительно меньше (примерно на 0,2 В), чем в р-n-переходах.