Теория
Информация - Радиоэлектроника
Другие материалы по предмету Радиоэлектроника
. Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттером. Область, в которую инжектируются носители, называется базой. Область эмиттера легируется примесными атомами значительно сильнее, чем база. За iет разной концентрации примесных атомов в несимметричных переходах имеет место односторонняя инжекция: поток носителей из области с низкой концентрацией примесных атомов (из базы) очень слабый и им можно пренебречь.
При прямой полярности внешнего источника равновесное состояние перехода нарушается, так как поле этого источника, накладываясь на поле p-n-перехода, ослабляет его, запрещенная зона перехода уменьшается, потенциальный барьер снижается, сопротивление перехода резко уменьшается, диффузионная составляющая тока при этом возрастает в еu/t раз и является функцией приложенного напряжения
где t = kT/e температурный потенциал (при комнатной температуре t = = 0,025В);
k постоянная Больцмана;
T температура;
е заряд электрона.
Составляющая тока Iо в идеализированном переходе при воздействии прямого внешнего напряжения остается практически без изменения. Следовательно, прямой результирующий ток через идеальный p-n-переход
и окончательно
(1.1)
Уравнение (1.1) идеального p-n-перехода определяет основные вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов.
При построении ВАХ перехода по (1.1) видно, что при напряжениях, больших нуля, характеристика идет настолько круто, что получить нужный ток, задавая напряжение, невозможно, поэтому для идеального p-n-перехода характерен режим заданного прямого тока, а не напряжения
(1.2)
Если иметь в виду реальную ВАХ перехода, то учету подлежит омическое падение напряжения в слое базы, то есть внешнее напряжение распределяется между p-n-переходом и слоем базы (сопротивление базы rб при малой площади перехода может составлять десятки Ом), поэтому уравнение (1.1), описывающее статическую ВАХ (рис. 1.1) реального перехода, будет выглядеть следующим образом
(1.3)
Величина прямого напряжения может зависеть от многих факторов:
1. От изменения прямого тока. Если диапазон изменения прямых токов составляет до двух порядков и более, то прямое напряжение при этом будет меняться существенно, но на практике диапазон изменения прямого тока гораздо уже, поэтому Uпр меняется незначительно, и в пределах такого диапазона его можно iитать постоянным и рассматривать как параметр открытого кремниевого перехода U* (в нормальном режиме U* = 0,7 В, а в микрорежиме U* = 0,5 В).
Нормальный токовый режим: Iо = 1015 А; Iпр= 10310 4 А (при таком диапазоне изменения прямых токов напряжение Uпр изменяется от 0,69 В до 0,64 В).
Микрорежим: Iо=1015 А; Iпр= 105106 А (при таком диапазоне изменения прямых токов Uпр изменяется от 0,57 В до 0,52 В).
2. От изменения теплового тока: чем меньше тепловой ток, тем больше прямое напряжение.
3. От изменения температуры: у германиевых переходов при повышении температуры Uпр может вырождаться почти до нуля.
4. От изменения площади перехода: прямое напряжение уменьшается с увеличением площади перехода.
При обратной полярности внешнего источника (обратносмещенное непроводящее состояние p-n-перехода) полярность внешнего источника напряжения совпадает с полярностью контактной разности потенциалов, потенциальный барьер p-n-перехода повышается, запрещенная зона перехода расширяется и при определенном Uобр диффузионный ток через переход почти прекращается. Носители каждой области оказываются "оттиснутыми" к краям полупроводника и лишь ток неосновных носителей продолжает течь через переход. Процесс захвата электрическим полем неосновных носителей и перебрасывание их в соседнюю область называется экстракцией.
При малых значениях обратного напряжения через p-n-переход будет наблюдаться движение и основных носителей, образующих ток, противоположно направленный току дрейфа
Результирующий ток через p-n-переход при действии обратного напряжения
(1.4)
Уравнение (1.4) описывает обратную ветвь обратносмещенного перехода (рис. 1.1).
При Uобр, большем 3t, диффузионный ток через переход прекращается.
Выше было отмечено, что ток Iо идеализированного перехода не зависит от приложенного напряжения, но реальный обратный ток перехода намного превышает величину Iо; необходимо четко отличать ток тепловой от тока обратного, получившего название тока термогенерации; в кремниевых структурах тепловой ток при комнатной температуре вообще не учитывается, так как он на 23 порядка меньше обратного тока. У германиевых переходов тепловой ток на 6 порядков больше, чем у кремниевых, поэтому в германиевых структурах этим током пренебрегать нельзя.
В реальном переходе наблюдается довольно значительная зависимость тока неосновных носителей от приложенного напряжения. Дело в том, что процессы генерации и рекомбинации носителей происходят как в нейтральных слоях областей "p" и "n", так и в самом переходе. В равновесном состоянии перехода скорости генерации и рекомбинации везде одинаковы, а при действии обратного напряжения, когда расширяется запрещенная зона, область перехода сильно обедняется нос