УРАВНЕНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА.
Выражение (8.66) и (8.76) можно объединить в одно, положив Uпр=U, Uобр=-U:
. (8.77)
Умножим выражение (8.77) на площадь поперечного сечения р-n перехода S, тогда получим зависимость тока через переход от приложенного напряжения, то есть уравнение вольт-амперной характеристики
. (8.78)
Введем обозначение для тока экстракции
, (8.79)
тогда уравнение (8.78) можно записать в виде
. (8.80)
Вольтамперная характеристика р-n перехода, построенная в соответствии с уравнением (8.80), представлена на рис. 8.18 кривой 1.
Несимметричность вольтамперной характеристики р-n перехода отражает его основное свойство – одностороннюю проводимость (прямой ток значительно превышает обратный). Р-n cтруктура с металлическими выводами на р-и n-областях (рис. 8.19) представляет собой полупроводниковый диод.
Более легированная область
р-n эмиттером и обозначается в рассматриваемом случае (NA >> Ng) Р+ (рис. 8.19). Область с меньшей концентрацией примеси называется базой.
В области больших прямых токов вследствие значительного падения напряжения на сопротивлении базы и выводов (rб) напряжение на переходе будет меньше напряжение Uпр. По этой причине реальная вольтамперная характеристика в области больших прямых токов располагается ниже теоретической (кривая 2 на
рис. 8.18) и описывается уравнением
. (8.81)
Чтобы обеспечить минимальное сопротивление перехода металлический вывод (м) – полупроводник р-типа используется металл, у которого работа выхода электрона больше чем у полупроводника (рис. 8.19 а).
 |
Электроны из валентной зоны полупроводника переходят в металл за счет чего в приповерхностном слое полупроводника создается слой с повышенной концентрацией дырок и контактная разность потенциалов, которая уравновешивает разность работ выхода. При прямом токе уход дырок к р-n переходу нарушает равновесие, что вызывает дополнительный переход электронов из валентной зоны полупроводника в металл и появление новых дырок около вывода. В области перехода полупроводник n—типа-металл используют металл, имеющий работу выхода меньшую чем полупроводник n-типа (рис. 8.19 б). Электроны переходят из металла в полупроводник и создают в его поверхностном слое повышенную концентрацию электронов, чем обеспечивается высокая проводимость перехода в обоих направлениях.
При обратных напряжениях ток в реальных структурах растет при повышении напряжения. Одной из причин роста обратного тока является термическая генерация носителей заряда в переходе, которой пренебрегли при выводе уравнения вольтамперной характеристики (8.80).
Составляющую обратного тока через переход, зависящую от интенсивности термогенерации носителей, называют термотоком генерации IТ..При повышении обратного напряжения увеличивается объем перехода, вследствие чего возрастает число генерируемых в переходе носителей, а следовательно, и ток через переход.
Росту обратного тока способствует также поверхностная проводимость р-n перехода из-за молекулярных и ионных пленок на его поверхности. Ток cвязанный с поверхностной проводимостью называют током утечки Iут. Этот ток нестабилен
из-за нестабильностью свойств поверхностных пленок, что приводит к нестабильности характеристик диода. Поверхность переходов в полупроводниковых приборах подвергают специальной обработке и защите от внешних воздействий, поэтому Iуm<IT.
Таким образом, обратный ток через р-n переход можно представить в виде:
. (8.82)
При достижении обратным напряжением определенного критического значения (от единиц до сотен вольт) ток начинает резко расти (рис. 8.18). Это явление называется пробоем перехода. Если пробой сопровождается чрезмерным перегревом и необратимыми процессами, то прибор теряет роботоспособность. В некоторых приборах пробой используется как основной рабочий режим.
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 956;