Р- n-переход при высоких уровнях инжекции.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

При высоких уровнях инжекции необходимо учитывать наличие электрического поля в базах диода, т.е. перераспределение приложенного прямого напряжения между p-n-переходом и базами и дрейфовую составляющую тока.

Пренебрегая R_,базы (полагается R_,базы= const), напряжение на выводах диода можно представить как сумму напряжений на p-n-переходе U_p_-_n и на базе

U=U_p-n+ U_б= U_p-n+ IR_б

Ток через переход экспотенциально зависит от U_pn и при больших уровнях инжекции U_p_-_n ® j_p-_n- j_T,а I стремится к плюс бесконечности. Исходя из этих рассуждений Шокли была предложена линейннай аппроксимация. ВАХ диода при больших уровнях инжекции:

Полагая I = 0 получим U = j_{k -}j_T= j_k . Таким образом экстраполируя участок ВАХ (участок омического сопротивления базы) до пересечения с осью U, можно определить контактную разность потенциала Рис. 1.4

Участок омической проводимости

j_k U

Рис. 1.4.

Прямая ветвь ВАХ диода

Подведя итог сказанному суммарный ток через прямо смещённый через p-n-переход

При малых смещениях преобладает ток канальной проводимости, с увеличением напряжения начинает преобладать рекомбинационная составляющая. При дальнейшем увеличении напряжения наиболее существенную роль играет диффузионная компонента.

В общем случае ВАХ можно аппроксимировать

В которой М = m(U) и меняется от 4 при малых смещениях до 1 при высоких уровнях инжекции. Принятые значения m являются приблизительными, что связанно с рядом теоретических упрощений. Но общий вид зависимости сохраняется и, определив m, можно судить о преобладании о какой либо составляющей тока. Для этого надо построить в полулогарифмическом масштабе зависимость ln(I) от U (Рис. 1.5)

Ln (I) 1 2 3 4 5

Рис. 1.5

1- область канальной проводимости

2- область рекомбинации

3- область диффузионной компоненты

4- область высоких уровней инжекции

5- область омической проводимости

Обратная ветвь ВАХ диода

При обратных смещениях ток через диод

По результатам построенной зависимости ln(I) от U можно определить механизм обратной проводимости p-n- перехода и оценить распределение примесей в нем; если наклон зависимости 0,7¸1, то преобладает канальный ток, если обратный ток насыщается, то определяющей является диффузионная компонента I₀; если преобладает генерационный ток, то наклон зависимости будет между 2 (резкий переход) и 3 (плавный переход). Доля генерационного тока определяется шириной запрещенной зоны E_g (собственной концентрацией носителей полупроводника): при прочих равных условиях, чем больше E_g , тем больше ток генерации.

Пробой p- n-перехода.

С увеличением обратного напряжения растет напряженность поля ООЗ; носители проходящие через ООЗ могут приобретать в этом поле энергию, достаточную для ионизации атомов полупроводника – происходит лавинное умножение носителей заряда, что приводит к резкому возрастанию обратного тока (пробою). Такой тип пробоя называется лавинным. Напряжение, при котором наступает пробой аппроксимируется эмпирической формулой:

B=4000,k=0.8 для р⁺-n Ge диодов

B=2200, k=0.8 для n⁺-p Ge диодов

B=3500,k=0.78 для p⁺-n Si диодов

B=1740,k=0.78 для n⁺-p Si диодов

С учетом лавинообразного нарастания ток при напряжениях близких к U_проб

Где

Коэффициент лавинного размножения (показатель степени) n_l =3 для p⁺-n Si и Ge переходов , n_l=5.5 для n⁺-p Ge переходов, n_l=2.5 для n⁺-p Si переходов.

Если p-n-переход достаточно тонкий (при большой концентрации примесей толщина ООЗ падает), то уже при сравнительно невысоком обратном напряжении возникает поле, способное вызвать тунеллирование носителей через ООЗ. Это приводит к увеличению обратного тока, наступает туннельный пробой p-n-перехода. Критическая напряженность поля (способная вызвать туннельный пробой) для Si E_кр=10⁶ В/м , Ge E_кр=10⁵ В/м. Полагая U_проб»E_крd, где d - толщина ООЗ, для резкого перехода получим

Или U_проб=1900r_n + 9400r_p для Si диодов,

U_проб=20000r_n + 7300r_p для Ge диодов.

Где r_n и r_p- удельные сопротивления n- и p- областей.

Тепловой пробой p-n-перехода возникает из-за нарушения теплового режима работы: при увеличении обратного напряжения растет рассеиваемая на приборе мощность, что приводит к увеличению температуры; это приведет к увеличению обратного тока, повышение которого еще больше увеличивает рассеиваемую мощность– происходит саморазогрев прибора, часто заканчивающийся разрушением p-n-перехода. Характерным признаком теплового пробоя является наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на обратной ветви (рис. 1.6).

Вид зависимости обратного тока различных типов пробоя p-n-перехода приведен на рис.1.6.

Следует отметить, что в Si и Ge переходах с напряжением пробоя менее 4E_g/q механизм пробоя туннельный, а более 6E_g/q - лавинный. При напряжениях, лежащих между 4E_g/q и 6E_g/q играют роль оба механизма пробоя.

1 – лавинный пробой

2 – туннельный пробой

1 3 2 3 – тепловой пробой

Рис. 1.6.

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 406; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!