Главная страница  Транзисторные схемы 

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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

рина перехода, во-вторых, изменяются граничные концентрации носителей. Рассмотрим эти зависимости на примере несимметричного перехода с низкоомным р-слоем.

Подставляя значение Дф из (2-10) в (2-96), получаем:

, -в Л2еоЕ(Дфо-<7) , -/ Дфо-t/

(2-11)

где /о - равновесная ширина потенциального барьера.

Как видим, переход сужается при прямом напряжении (U > 0) и расширяется при обратном напряжении (U < 0). Однако в первом случае полученное выражение является чисто качественным,

так как погрешность, обусловленная идеализацией перехода (пренебрежением зарядами подвижных носителей), оказывается более существенной, чем в равновесном состоянии. В то же время при обратном напряжении, удовлетворяющем неравенству I [/ I Фг, выражение (2-11) оказывается весьма точным и широко используется на практике. Особенно часто имеет место соотношение I f7 1 Дфо, при котором

1 \йр

Рис. 2-8. Смещение перехода в прямом (а) и обратном (б) направлениях.

/fell /- (2-12)

Подставляя в формулы (2-4) высоту барьера (2-10) вместо равновесного значения Дфо и считая концентрации основных носителей о н Рро неизменными, получаем для граничных концентраций неосновных носителей выражения:

Рп = РрФ~ - = (Рров- ет-

Пр = Ппф

Учитывая, что в скобках стоят равновесные граничные концентрации, определяемые формулами (2-4), запишем полученные выражения в следующей форме:

Рп--

Рп( П

Пр = ПрфЪ.

(2-13а) (2-136)

Если напряжение V приложено в прямом направлении, то согласно (2-13) концентрации р и р на границах перехода возрастают РО сравнению с равновесными значениями р о и ро. Иначе говоря, в каждом из слоев появляются избыточные неосновные носители, т. е. имеет место ипжекция (рис. 2-9, а).



Если напряжение U приложено в обратном направлении, то граничные концентрации р и Пр уменьшаются по сравнению с равновесными значениями, т. е. имеет место экстракция (рис. 2-9, б).

р-слой. г. п-слой.


JQ18


Рис. 29; Распределение носителей в кремниевом переходе при прямом (а) и обратном (б) напряжениях. Пунктиром показаны распределения в равновесном состоянии.

Значения избыточных концентраций на границах перехода найдем, вычитая из р и Пр соответственно равновесные концентрации Рпо и Про-

Арп = Рпо{е т-1); (2-14а)

Апр = Про{е- т-1). (2-146)

Сравним граничные избыточные концентрации в слоях р и п, разделив (2-14а) на (2-146) и заменив в правой части концентрации Рпо и Про на Рро и Ппо по формуле (1-16). Тогда

(2-15)

В несимметричных переходах концентрации рро и п о сильно различаются, поэтому концентрация инжектированных неосновных носителей будет гораздо больше в высокоомном слое, чем в низко-омном. Таким образом, в несимметричных переходах инжекция имеет односторонний характер: неосновные носители инжектируются в основном из низкоомного слоя в высокоомный.

Инжектирующий слой с относительно малым удельным сопротивлением называют эмиттером, а слой с относительно большим удельным сопротивлением, в который инжектируются неосновные Для него носители,- базой.

Формулы (2-13) и (2-14) подтверждают, что в режиме экстракции граничные концентрации неосновных носителей могут быть сколь



угодно малы, но всегда положительны, а избыточные концентрации отрицательны но по модулю всегда меньше равновесных значений (см. с. 85, п. 2). Обратные напряжения, при которых Рп < Рпо, Пр < Про и соответственно Ар -Рпо, АПр -Про. определяются условием

/>(3-4)фг. (2-16)

В дальнейшем запись \ U \ > (3-4) фт- будет пониматься именно в таком смысле. Заметим, что условие (2-16) применительно к прямым напряжениям означает р р о и Про, т. е. позволяет пренебречь единицей в выражениях (2-14).

В TeopiiH полупроводниковых диодов и транзисторов зависимости (2-13), (2-14) игракэт весьма важную роль, поэтому полезно исследовать границы их применимости. Для этого снедует напомнить, что указанные зависимости получены из (2-4) путем простой замены равновесной величины Афо на неравновесную величину Аф = Афо - и, а также в предположении неизменных концентраций основных носителей п о и Рро- Последнее предположение соот-вепствует условию низкого уровня инжекции в базе [см. (1-109)] . Что касается замены Афо на Аф, то в ее основе лежит понятие квази-равновесного (почти равновесного) состояния перехода при наличии внешнего напряжения. Действительно, поскольку выражения (2-4) получены из условия больцмановского равновесия (т. е. равенства диффузионных и дрейфовых составляющих токов в переходе), то использование этих же выражений для неравновесного состояния означает, что равновесие нарушено несущественно, т. е. результирующий (разностный) ток значительно меньше каждой из составляющих - диффузионной и дрейфовой: / /д ф /др.

Для того чтобы конкретизировать это условие квазиравновесия, нужно оценить одну из равновесных составляющих, например диффузионную. Строгая оценка затрудняется тем, что внутри перехода градиенты концентрации существенно меняются (рис. 2-3, б и 2-4). Поэтому ограничимся грубой оценкой применительно к дырочным токам, которые, как уже отмечалось, играют главную роль в несимметричном переходе с р+-эмиттером.

Средний градиент концентрации дырок в переходе примем равным [Рт - Рп (0)]/o. где р (0) = р о + Ар (0) Ар (0) (условие Др (0) > р о практически всегда выполняется). Этим градиентом согласно (1-73а) определяется составляющая /д ф в переходе. Что касается результирующего тока /, то он согласно (1-П6) определяется градиентом Др (0)/L , где Lp - диффузионная длина дырок в базе (Lp > у. Тогда из неравенства / < /диф легко получить условие квазиравновесия р+-п перехода:

На зонных диаграммах состояние квазиравновесия в переходе отражается почти горизонтальным расположением квазиуровней Ферми для дырок и

* Уровень инжекции в эмиттере, как следует из (2-15), всегда значительно ниже, чем в базе. Поэтому в большинстве реальных случаев можно считать Рр = - Р/.о= const для любых токов, тогда как концентрация /г с ростом тока может намного превысить равновесное значение ц, если уровень инжекции в базе много больше единицы.



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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.