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: rб, Rобр. 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 Iген. В состоянии равновесия генерационный ток Iген уравновешивается рекомбинационным током Iрек. 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 Iген. В состоянии равновесия Iрек = Iген 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 Iген. При прямом напряжении произойдет сужение обедненного слоя, следовательно, уменьшится ток Iген, но заметно возрастет ток Iрек из-за увеличения потока основных носителей через переход и соответствующего возрастания вероятности их захвата рекомбинационными ловушками. Таким образом, можно сделать вывод, что влияние Iген существенно при обратном напряжении, а влияние Iрек – при сравнительно небольшом прямом напряжении. Начальный участок прямой ветви ВАХ реального р-n-перехода можно описать, заменив в jТ на mjТ. 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.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|