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.