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

Переход

на с. 114). Реальный переход имеет конечную ширину, поэтому указанные процессы имеют в нем место так же, как в любом другом слое полупроводника, и играют немаловажную роль [31].

Электрическое поле, которое всегда есть в переходе, быстро уносит генерируемые носители в соответствующий слой диода, что вызывает протекание некоторого тока - тока термогенерации Iq. В равновесном состоянии диода этот ток компенсируется равным ему встречным током - током рекомбинации /д. Ток рекомбинации обусловлен теми носителями, которые непрерывно проникают в переход из эмиттера и базы, но не имеют достаточной энергии, чтобы перейти в смежный слой. Вблизи точки отражения (см. рис. 2-6) такие носители имеют малую скорость и успевают рекомбиниро-вать.

В неравновесном состоянии диода взаимная компенсация токов Jo и /д нарушается. В случае обратного включения диода превалирует ток термогенерации, так как высота потенциального барьера увеличивается и проникание носителей в область перехода (с последующей рекомбинацией) затрудняется, При обратном смещении I Фг практически остается только ток термогенерации, пропорциональный объему генерирующего обедненного слоя, т. е. ширине перехода (рис. 2-24). Ток Iq накладывается на тепловой ток /о, и результирующий обратный ток оказывается больше, чем это следует из формулы (2-34). Более того, ток /о растет с расширением перехода, т. е. с ростом напряжения, что приводит к конечному наклону обратной ветви характеристики.

Для того чтобы оцепить значение тока термогенерации, воспользуемся той трактовкой, которая была дана для теплового тока в связи с формулой (2-42). В области перехода при его обратном смещении концентрации пир близки к нулю. Если принять П/=р<=Пь т. е. положить уровни ловушек расположенными в середине запрещенной зоны, то скорость генерации будет равна Пг/Тоо, где Тю = = + т о [см. (1-60в)]. Соответственно ток термогенерации по аналогии с выражением (2-42) запишется в следующем виде:


Рис. 2-24. Происхождение тока термогенерации в переходе.

/о = 9 (5/)

(2-47)

где / - ширина перехода.

Пусть, например, S = 0,01 см*; 1,25 мкм; = 4 мкс; тогда из формулы (2-47) для кремниевого диода получаем Iq = = 0,001 мкА. Для германиевого диода ток Iq будет в 1000 раз больше, т. е. около 1 мкА. -



Сравним токи /о и /о. Разделив (2-47) на первый член (2-42), выразив концентрации через удельные сопротивления и полагая для простоты Too = 2Тб и }л = р,р, получим:

Для германия при Рб = 5 Ом-см, 1=1 мкм, L = 150 мкм и комнатной температуре отношение токов составит около 0,1. Для кремния при прочих равных условиях отношение токов составит около 1000. Таким образом, при комнатной температуре ток термогенерации в германиевых диодах пренебрежимо мал и их обратный ток близок к тепловому; в кремниевых диодах, наоборот, ток термогенерации является главным компонентом обратного тока. В связи с этим обстоятельством различие в полных обратных токах у германиевых и кремниевых диодов получается не столь большим, как следует из формулы (2-34). Разница в несколько тысяч раз (при малом напряжении) - типичная величина.

Что касается зависимости тока термогенерации от напряжения, то она получается при подстановке ширины перехода / из формулы (2-12) в выражение (2-47) и имеет вид:

IqVWV (2-49)

При зтом легко убедиться, что сопротивления обратной ветви Гд и /?д будут тоже пропорциональны величине

Ток термогенерации Iq, как видно из выражения (2-47), пропорционален собственной концентрации в первой степени и, следовательно, с точки зрения температурной зависимости, описывается формулой типа (2-436). Соответственно коэффициенты а [см. формулу (2-45)1 равны:

asi 0,07; аоея 0,05, а температуры удвоения тока [см. формулу (2-46)] Th\G°C\ Гае ь14°С.

Заметим, что у кремниевых диодов ток термогенерацик является главным компонентом обратного тока при комнатной температуре. С повышением температуры тепловой ток /о растет быстрее (так как для него Tfi ~ 5°Q и в конце концов начинает превышать ток Iq. Обычно это происходит при температуре + 100°С и выше. У германиевых диодов при комнатной температуре доминирует тепловой ток, а ток термогенерации начинает играть роль лишь при отрицательной температуре. Однако в этом диапазоне значение обратного тока делается вообще малосущественным.

Поверхностные каналы. В § 2-4 отмечалось, что наличие поверхностных энергетических уровней приводит к обогащению или обеднению приповерхностного объема основными носителями. Нередко, особенно в высокоомных полупроводниках, наблюдается случай, когда под действием поверхностных уровней образуется не только



обедненный слой, но и тонкий приповерхностный канал - инверсионный слой (см. с. 71 и 110). Если такое явление имеет место в базе диода, то структура р-п перехода существенно изменяется (ср рис. 2-25, а и б). А именно, переход оказывается расположенным не только вблизи металлургической границы, но и под поверхностью вдоль базы. Значит, при наличии канала площадь перехода увеличивается, а вместе с нею, естественно, возрастает обратный ток.

Поскольку часть обратного тока протекает по каналу, потенциал последнего повышается по мере удаления от металлургической границы Соответственно разность потенциалов между объемом базы и каналом уменьшается, а ширина приповерхностного перехода

+1+1+

в © © © © © © @

+n+R+

Дырочный канал

©

;е;е+

©

.© ©

Рис. 2-25. Структура р-п перехода в отсутствие (с) и при наличии (б и б) поверхностного канала. Базовая граница перехода показана точками.

убывает (рис. 2-25, е). В той точке, где разность потенциалов падает до величины Афо, приповерхностный переход находится в квазиравновесном состоянии и обратный ток делается равным нулю. Следовательно, рабочая часть канала, обусловливающая увеличение обратного тока, имеет конечную длину (обычно десятые доли миллиметра), т. е. меньше физической длины канала.

С ростом обратного напряжения растет рабочая длина канала, а значит, и обратный ток приповерхностного перехода. Анализ показывает [15], что функция I {Уобр) логарифмическая, т е. не очень сильная. Однако она приводит к конечному наклону обратной характеристики независимо от наличия или отсутствия тока термогенерации (т. е. и у кремниевых, и у германиевых диодов).

Заметим, что наЛкчие поверхностных уровней не всегда сопровождается образованием канала. При недостаточной плотности этих уровней образуется только обедненный слой, что равносильно простому увеличению площади р-п перехода. Соответственно увеличатся в ток термогенерации, и тепловой ток; если последний превалирует (у германиевых диодов), то зависимость обратного тока от напряжения будет отсутствовать. Наконец, возможен случай, когда плот-иость поверхностных уровней недостаточна даже для образования обедненного слоя (точнее, для образования области пространственного заряда приме-с е й). Тогда вблизи поверхности просто будет повышенное удельное сопротивление базы и, значит, в этой области ширина перехода будет больше, чем вдали от поверхности.



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.