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

слоях различаются на качественно меняется:

Односторонние р-п переходы. В случае резко несимметричных р-п переходов, когда концентрации основных носителей в обоих

1-2 порядка и более, структура перехода обедненные слои, расположенные по обе стороны от металлургической границы, оказываются разделенными обогащенным слоем, расположенным в высокоомной части перехода (рис. 2-12)*. Наличие обогащенного слоя не может не сказаться на распределении зарядов, поля и потенциала.

Будем, как и раньше, рассматривать р*-п переход, у которого потенциальный барьер сосредоточен в базовой области. Поскольку часть напряжения Дф падает в обогащенном слое, на долю обедненного слоя приходится напряжение Аф < Дфо, которое следует подставлять в формулу (2-96), чтобы найти ширину о (эмиттерный и обогащенный слои значительно тоньше и не влияют на общую ширину перехода). Напряжение Дф можно найти из выражения (2-46), заменяя ро на л о (так как на условной границе между оСога-щенны.м и обедненным слоями в базе р = п о)- Далее, выражая р о через Ппо с помоншю соотношения (1-16), получаем 127]:


Рис. 2-12. Односторонний кремниевый переход. Распределение носителей в полулогарифмическом (а) и линейном (б) масштабе. Распределение объемных зарядов (в), поля (г) и потенциала {д). Пунктирные линии соответствуют прямому смещению.

Дф = 2ф7- In = 2 (фр - ф£ ),

(2-24)

где вторая форма записи основана на соотношении (1-18а).

Полная высота равновесного потенциального барьера Афо не зависит от структуры перехода и для односторонних переходов определяется общими формулами (2-4). Остаются в силе и общие формулы инжекции и экстракции (2-13), (2-14)

На рис. 2-12 показан ступенчатый односторонний переход. Плавные односторонние переходы сложнее для анализа, но основные выводы действительны и для них.

? Наличие обогащенного слоя практически не влияет на распределение внешнего приложенного напряжения; оно по-прежпему почти полностью падает на обедненном слое базы, -



Критерием, характеризующим односторонность р-п перехода, т. е. наличие обогашепного слоя, может служить неравенство р (0) 3= Лд, где координата X = О соогветствует металлургической границе. Анализ показывает, что кр1ите-рийодносторонности перехода можно записать в виде

i;- (2-1) In 22 In г/, (2-25а)

где г = Ng/N и У= N/tii. Зависимость г ин (g у) можно получить путем графического решения (2-25а); тогда (2-25а) принимает вид:

z2 = 3-}-l,51g{/. (2-256)

Если у = 10-10, то лежит в пределах 5-14. Следовательно, односторонний переход получается при соотношении > (5-14) Лд, которое всегда выполняется на практике, за исключением некоторых специальных случаев. Та!шм образом, все реальные несимметричные переходы являются односторонними.

Эмиттерная часть объемного заряда оказывается у односторонних переходов очень узкой. Если оценить ее ширину с помощью соотношения (2-8), полагая / = /о, то она, как правило, получается меньше дебаевской длины в эмиттере, что противоречит законам распределения поля в полупроводниках (см. раздел Эффект поля в § 1-12). Это значит, что принятая ранее идеализация эмиттерной части перехода (постоянство плотности заряда на участке /р, -рис. 2-3, в) для односторонних переходов неприемлема. На самом деле объемный заряд и поле в эмиттере имеют протяженность порядка дебаевской длины (0,005-0,01 мкм при = 10** cm**), причем концентрация дырок на этом участке спадает плавно, так что собственно обедненный слой в эмиттере отсутствует. Последнее обстоятельство объясняется тем, что эмитт ры в односторонних переходах представляют собой полуметаллы, которым, как и металлам, обедненные слои несвойственны.

2-3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ПЕРЕХОДОВ

Помимо электронно-дырочных переходов, рассмотренных выше, Б полупроводниковых приборах встречаются и другие типы существенных неоднородностей, которые тоже можно отнести к переходам.

Переходы меледу примесными и собственными полупроводниками. Предположим, что в одностороннем переходе (рис. 2-12) концентрация доноров в базе непрерывно уменьшается. Тогда обогащенный дырочный слой, прилегающий к металлургической границе, будет расширяться и обогащаться дырками, а роль донорных ионов будет становиться все меньше. В пределе, при Л? == О, образуется p-i переход, у которого обедненный слой в базе отсутствует, а положительный объемный заряд обусловлен только дырками (рис 2-13). . ,

Распределение поля и потенциала в p-i переходе сложнее, чемв р-п переходах, так как плотность объемного заряда дырок в базе даже приближенно нельзя считать постоянной, Тем не менее



высота равновесного потенциального барьера по-прежнему определяется формулой (2-46), если вместо р о подставить п. При этом значение Афо оказывается, конечно, меньше, чём в р*-п переходе.

Отсутствие обедненного слоя в p-i переходе приводит к тому, что внешнее напряжение в значительной мере падает на высоко-

омном нейтральном слое базы, обладающем собственной проводимостью, и лишь часть внешнего напряжения приходится на область перехода и модулирует высоту потенциального барьера *. Следовательно, нелинейность в p-i структуре выражена слабее, чем в классическом р-п переходе.

Ширина обогащенного слоя в базоюй части перехода составляет (3-ь4) 1т- Ширина эмиттерной части, как и в одностороннем переходе, определяется

р-сло

. i-стй. \ ®

- OJ S

/ Обогащенный. слой ,


В высоко-

дебаевской длиной легированном слое эмиттера (см. § 2-2).

Из рис. 2-13 видно, что прямое смещение (пунктирные линии) приводит к некоторому уменьшению ширины перехода в его высокоомной части и что концентрация электронов меняется относительно сильнее, чем концентрация дырок. Однако поскольку роль электронов в p-i переходе невелика, это не приводит к существенному увеличению удельной проводимости обогащенного слоя.

Переходы между однотипными полупроводниками. Переходы p-i и n-i типа являются в известной мере абстракциями, поскольку вдеальных собственных полупроводников не существует. Однако эти переходы как бы прокладывают мост между хорошо изученными выше р-п переходами и переходами р*-р и п*-п типа, которые часто встречаются на практике.

Рассмотрим переход р*-р типа, образованный контактом двух дырочных полупроводников с разными концентрациями примесей. Пусть сначала имелся p-i переход (рис. 2-13), в котором слои р и i обозначим / и 2. Пусть теперь в собственный слой 2 вводится

Рис. 2-13. Переход p-i. Распределение носителей в полулогарифмическом (а) и линейном (б) масштабе. Распределение объемных зарядов (в), поля (г) и потенциала (д). Пунктирные линии соответствуют прямому смещению.

Этот вывод подразумевает достаточную длину нейтральной базы, в противном случае ее сопротивление не будет определяющим.



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.