Главная | Обратная связь

Вольт-амперная характеристика идеализированного р-n-перехода

Идеализированным является р-n-переход, для которого приня­ты следующие допущения.

1. В обедненном слое отсутствует генерация, рекомбинация и рассеяние носителей зарядов, т.е. предполагается, что ток носите­лей заряда одного знака одинаков на обеих границах перехода.

2. Электрическое поле вне обедненного слоя отсутствует, т.е. полупроводник вне перехода остается электрически нейтральным и в нем носители могут совершать только диффузионное движение.

3. Электрическое сопротивление нейтральных р- и n-областей считается пренебрежимо малым по сравнению с сопротивлением обедненного слоя, т.е. все внешнее напряжение практически полно­стью приложено к обедненному слою.

4. Границы обедненного слоя считаются плоскопараллельными, а носители заряда перемещаются по направлению, перпендикуляр­ному к этим плоскостям. Концентрации носителей зависят только от одной координаты.

Зависимость тока через переход от приложенного на­пряжения, называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ).

Формула Шокли описывает вольт-амперную характери­стику идеализированного р-n-перехода

где

Пара­метр называется тепловым током, так как его значение сильно зависит от температуры, S - площадь сечения перехода, Ln – диффузионная длина электронов в р-области; Lp – диффузионная длина дырок в n-области

Сильная зависимость от температуры, определившая его назва­ние, объясняется зависимостью от температуры концентрации неос­новных носителей и .

Характеристики реальных германиевого и кремниевого p-n переходов. Особенности прямой и обратной ветвей В.А.Х. Параметры модели полупроводникового ди­ода: r_б, R_обр. Электрический пробой перехода.

В реальных условиях в обедненном слое имеются генера­ция и рекомбинация носителей, а следователь­но, и изменение плотности тока.

Воз­никающие при генерации пары носителей раз­деляются электрическим полем перехода так, что электроны переводятся в n-область, а дырки в р-область, создавая дополнительную составляющую обратного тока, называемую генерационным током I_ген. В состоянии равновесия генерацион­ный ток I_ген уравновешивается рекомбинационным током I_рек. Некоторые основные носите­ли, вошедшие в обедненный слой, но не имеющие достаточной энергии для преодо­ления потенциального барьера, могут быть захвачены рекомбинационными ловушка­ми и рекомбинировать с носи­телями, приходящими таким же образом из другой области. Рекомбинация электрона и дырки в самом переходе означает появле­ние дополнительного тока, противополож­ного по направлению I_ген. В состоянии рав­новесия I_рек = I_ген и ток через переход остается равным нулю.

При обратном напряжении потенциальный барьер в переходе возрастет на­столько, что поток основных носителей через переход практически прекратится, поэ­тому исчезнет рекомбинационный ток. Наоборот, генерационный ток возрастет, так как расширится обедненный слой. Чем больше обратное напряжение, тем шире пе­реход и больше I_ген.

При прямом напряжении произойдет сужение обедненного слоя, следовательно, уменьшится ток I_ген, но заметно возрастет ток I_рек из-за увеличения потока основных носителей через переход и соответствующего возрастания вероятности их захвата рекомбинационными ловушками.

Таким образом, можно сделать вывод, что влияние I_ген существенно при обрат­ном напряжении, а влияние I_рек – при сравнительно небольшом прямом напряжении.

Начальный участок прямой ветви ВАХ реального р-n-перехода можно описать, заменив в j_Т на mj_Т. Величина т, называемая коэффициентом неидеальности, может принимать значения от 1 до 2. Первое значение соответствует случаю, когда преобладает инжекционная составляющая прямого тока, второе – случаю преобла­дания рекомбинационной составляющей. При m >1 значение тока уже не будет равно тепловому.