Главная | Обратная связь

Инжекция и экстракция носителей заряда

Если изменить высоту потенциального барьера и ширину p-n перехода при прямом и обратном смещении, то изменятся и граничные концентрации неосновных носителей заряда. Концентрация носителей p_n и n_p

Что следует выделить:

1. Концентрация носителей p_n и n_p увеличивается по сравнению с равновесной, если напряжение подано в прямом направлении. Процесс нагнитания неосновных носителей в соседние области называют инжекцией.
2. Концентрация p_n и n_p уменьшается по сравнению с равновесной, если напряжение подано в обратном направлении.
Процесс вытягивания неосновных носителей из соседних областей называют екстракцией.

В несиметричных переходах концентрации неосновных носителей в областях p и т отличаются на несколько порядков. Поэтому концентрация неосновных носителей будет значительно большей в высокоомной области.
Таким образом, в реальных несиметричных p-n переходах инжекция имеет односторонний характер. Неосновные носители инжекцируюются из низкоомного слоя в высокоомный. Низкоомный слой называют эмитером, высокоомный - базой

Уровень инжекции

При прямом смещении перехода концентрация дырок на его базовой границе уменьшается. Избыточные дырки "уходят" в глубину базы. По мере удаления от перехода их концентрация уменьшается из-за рекомбинации и пожже формируется некое распределение избыточных дырок. Инжекция дырок в базу нарушает её электронейтральность и способствует приливу черезмерных электронов из внешней цепи. Эти электроны, да бы компенсировать избыточный заряд дырок, распределяются так же как и дырки. Но незначительное отличие между кривыми распределения электронов и дырок есть всегда, так как в состоянии полной электронейтральности нет силы которая могла бы противодействовать диффузии электронов в сторону от перехода, и их распределение не могло бы быть стационарным.
Интенсивность диффузии носителей в базу обычно характеризуют уровнем инжекции:

Δp_n(0), Δn_n(0) - граничные концентрации избыточных дырок электронов;
n_n0 - концентрация равновесных электронов.

Распредиление носителей заряда в базе, при примом (а) и обратном смещении (б) p-n перехода.

Обратное смещение p-n перехода приводик к экстракции неосновных носителей из соседних областей. Неосновныеносител, которые попадают в переход, перебрасываются его полем в соседнюю область. Поэтому концентрация неосновных носителей заряда в областях p и n на границе с обьемным зарядом при обратном смещении всегда равна нулю.

 

Вольтамперная характеристика (ВАХ)представляет собой график зависимо­сти тока во внешней цепи p-n-перехода от значения и полярности напря­жения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспериментально или рассчитана на основании уравнения вольтампер­ной характеристики [2].

При включении p-n-перехода в прямом направлении в результате ин­жекции возникает прямой диффузионный ток

 

I = I_{n диф}(х_p) =SqD_n (dΔn/dx) |_x=xp,

где S – площадь p-n-перехода, q – заряд электрона, D_n– коэффициент диффузии электронов.

С учётом прямой ток p-n-пере­хода определяется выражением

 

 

Обозначим , эта величина имеет размерность тока, опреде­ляется концентрацией неосновных носителей заряда в базе n_p и называется тепловым током I₀.

Общее выражение для вольтамперной характеристики p-n-перехода записывается в виде

(2.7)

где I₀ – тепловой ток p-n-перехода, с учётом дырочной составляющей те­пловой ток может быть записан в виде

 

(2.8)

 

Тепловой ток p-n-перехода зависит от концентрации примеси и темпе­ратуры. Увеличение температуры p-n-перехода приводит к увеличению теплового тока, а, следовательно, к возрастанию прямого и обратного то­ков.

Увеличение концентрации легирующей примеси приводит к уменьше­нию теплового тока, а, следовательно, к уменьшению прямого и обратного токов p-n-перехода.

На рис. 2.3 приведена ВАХ идеального p-n-перехода.

Учитывая, что при Т = 300К, φ_T= 26 мВ, можно сделать вывод, что пря­мой ток очень сильно зависит от прямого напряжения (при увеличении U на 2φ_T мВ прямой ток возрастает в 10 раз). Наоборот, обратный ток при обратных напряжениях, больших 2φ_T мВ, практически перестает зависеть от приложенного напряжения и равен I₀. Реально прямой и обратный токи по величине отличаются на порядки и для них используются разные мас­штабы. Поскольку ВАХ p-n-перехода представляет собой нелинейную за­висимость между током и напряжением, то между малыми амплитудами тока и напряжения (или между малыми приращениями тока и напряжения Δi и Δu) существует линейная связь. В этом случае p-n-переход на перемен­ном токе характеризуют дифференциальным сопротивлением R_д:

R_д =du/dI≈Δu/Δi.

Аналитическое выражение r_pn получим, дифференцируя (2.7)

R_д =φ_T/(I+I₀). (2.9)

При прямом напряжении r_pnмало и составляет единицы – сотни Ом, а при обратном напряжении – велико и составляет сотни и тысячи килоОм.

Дифференциальное сопротивление можно определить графически по характеристике (рис. 2.3, где указаны Δi и Δu ).

ВОПРОС