(495)510-98-15
Меню
Главная »  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

их концентрации с приближением к границе р-га-перехода. Вмест| с тем концентрации неосновных носителей заряда в прилегающих р-га-переходу слоях сохраняются на уровнях рп и пр (рис. 1.8, 6)1 так как в условиях динамического равновесия уменьшение концент! рации неосновных носителей заряда за счет их ухода через р-п-пе реход будет постоянно восполняться носителями того же знака з^ счет их диффузии из противоположных слоев.

Электрические процессы в р-я-переходе при наличии внешнего напряжения

Подключение к р-га-структуре внешнего напряжения ( н а п р я\ жения смещения) приводит к изменению условий переноса заряда через р-га-переход. Существенную роль при этом играет по лярность внешнего напряжения, с которой оно прикладывается р-га-переходу. Рассмотрение процессов в p-n-переходе при наличщ! внешнего напряжения имеет непосредственное отношение к изучениь вентильных свойств полупроводникового диода и его вольт-амперно| характеристики.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода

Рассмотрим случай, когда внешнее напряжение подключено p-n-структуре в прямом направлении, т. е. плюсом источника к вь воду р-области, а минусом источника - к выводу га-област (рис. 1.9, а). При таком подключении источника создаваемое им эле* трическое поле направлено противоположно внутреннему полю переходе, что приводит к уменьшению результирующего поля в р-переходе. Объемный заряд обоих знаков, сосредоточенный в переход! по разные стороны границы раздела, будет определяться не тальк! величиной ф0, обусловливаемой, как было показано, диффузионным движением носителей заряда под действием разности их концентраци| в приграничных слоях, но и внешним напряжением U а. Если пр€ небречь падением напряжения в слоях р- и -структуры, то объемном! заряду в переходе будет отвечать напряжение фо - U а, меньшее чем в отсутствие внешнего источника. Следовательно, уменьши! ся и обусловленный напряжением объемный заряд в р- -переход| Величина фо - Uа определяет высоту потенциального барьера р-га-переходе при включении внешнего напряжения в прямом напра| лении (рис. 1.9,6). Уменьшение объемного заряда (потенциально барьера) проявляется в сужении р-га-перехода, которое происходи в основном за счет -слоя, как более высокоомного.

Уменьшение потенциального барьера облегчает переход основнь носителей заряда под действием диффузии через границу раздела соседние области, что приводит к увеличению диффузионного то* через p-n-переход (рис. 1.9, б). Указанное явление называют и жекцией носителей заряда через р-п-переход.

Вместе с тем дрейфовый ток через р-га-переход, создаваемый Щ токами неосновных носителей заряда, подходящих из приграничнь



еВ толщиной L к p-n-переходу, остается без изменения. Разность сЛ° ионного и дрейфового токов определяет результирующий ой ток через p-n-переход (прямой ток диода). Плотность прямого тока

J а = ДиФ др

дифФУзИ0 0Г0

(1.12)

С повышением приложенного внешнего напряжения диффузионный

ток увеличивается (так как уменьшившийся способны преодолеть основные носители заряда, обладающие меньшей энергией), в связи с чем возрастает прямой ток через p-n-переход. Примерный вид прямой ветви вольт-амперной характеристики р-п-перехо-да (диода) показан на рис. 1.9, г (ток /а на рис. 1.9 равен произведению

потенциальный

ьер

П=:++

О Ч>Л I

ч>

---KJJ

1- !

I Vh

\PnW)

JAu<pp p

плотности тока Ja через p-n-переход на площадь его сечения S).

В кремниевых диодах величина ср0 выше, чем в германиевых. Одинаковая величина внешнего напряжения U а здесь создает меньшее относительное снижение потенциального барьера, чем в германиевых диодах, и обусловливает меньший прямой ток при одинаковой площади p-n-перехода. Большая величина фо является одной из причин большего падения напряжения А(Уа в кремниевых диодах (0,8-1,2 В) по сравнению с германиевыми диодами (0,3-0,6 В) при протекании тока в прямом направлении. Таким образом, падение напряжения Д£/а в полупроводниковых диодах не превышает 1,2 В, что выгодно отличает их от диодов других типов, в частности электровакуумных и газоразрядных (ионных).

Рассмотрим распределение неравновесных концентраций носителей заряда в прилегающих к р-п-переходу слоях (рис. 1.9, б), создаваемых диффузией носителей через смещенный в прямом направлении p-n-переход. Это

важно для лучшего уяснения вида прямой ветви вольт-амперной Характеристики диода и представления общей картины протекания


Рис. 1.9. Полупроводниковый диод при подключении внешнего напряжения в прямом направлении:

а - схема включения; б - потенциальный барьер при прямом напряжении; в - распределение концентраций носителей заряда; г-прямая ветвь вольт-амперной характеристики

через диод в цепи с внешним источником.

При прямом смещении p-n-перехода диффузионные составляющие Тока существенно превышают дрейфовые составляющие. В связи с ЭтИм избыточные концентрации неравновесных носителей заряда в



прилегающих к р- -переходу слоях, создаваемые диффузией носи-] телей через р- -переход, будут значительно превышать снижения концентрации одноименных (неосновных) носителей заряда, создав ваемое вследствие их ухода через р- -переход за счет дрейфа. Инымг. словами, граничные концентрации электронов пр(0) и дырок p (0)j а также распределение концентрации пр(х) и рп(х) в прилегающие к переходу слоях (рис. 1.9, б) будут определяться входящими в эти| слои в результате диффузии через р-га-переход электронами и дырками.

Граничные концентрации входящих в р-слой электронов гар(0) и в -слой дырок Рп(0) влияют на градиенты концентрации неравновесных носителей заряда на границе с р-га-переходом и тем самь согласно (1.8) определяют соответственно диффузионные составляю-] щие токов /ДИф„ и /ДИфр, протекающие через р-га-переход.

Граничные концентрации неосновных носителей заряда связаны с прямым напряжением на р-га-переходе соотношениями

пр(0) = npozUJ 4 , (1.13)

Рп (0) =рп0е , (1.1 За)!

где пР0 - равновесная концентрация электронов в р-слое; рт - равновесная концентрация дырок в -слое.

Экспоненциальный характер зависимости граничных концентра-! ций от приложенного прямого напряжения определяет экспоненциаль-1 ную зависимость от него диффузионных составляющих, а следова- тельно, и анодного тока на прямой ветви вольт-амперной характер ристики (рис. 1.9, г).

Диффундируя в глубь слоев, неравновесные электроны рекомби-нируют с дырками р-слоя, а неравновесные дырки - с электронами -слоя. В связи с этим концентрации неравновесных носителей заряда! уменьшаются по экспоненциальному закону до значений равновесных концентраций (рис. 1.9, б). На расстоянии диффузионных длин Ln и Lp их концентрации уменьшаются в е раз.

В несимметричном р- -переходе концентрация дырок в р-слое на несколько порядков превышает концентрацию электронов в га-слое (рр > ), а для концентраций неосновных носителей заряда характерно обратное соотношение: ро < рп0. Этим объясняется, что в несимметричном переходе граничная концентрация рп(0) > > р(0) и ток через р- -переход создается в основном диффузией дырок из р-слоя в -слой (дырочной составляющей диффузионного тока), р-слой, осуществляющий эмиссию дырок через р- -переход, называют эмиттером. Поскольку основой при получении р- -структуры диода обычно служит полупроводниковый материал п-типа, n-слой называют базой.

Неравновесная концентрация дырок в близлежащем к р-п-пере-1 ходу слое базы создает положительный заряд. Его компенсируют! вошедшие под действием сил электрического притяжения электроны] от. отрицательного полюса источника, в связи с чем базовый слой!



1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.