Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
области, где \J? = (фп + фр)/2 ,при этом знаменатель в формуле (52)
принимает вид 2щ [ехр (qVl2kT) -f 1 ]. В результате при V ?> kTlq имеем
U с* -у ovthNtnt ex р ( 4r) (53)
Плоскостные диоды
99
1&е 10 7 10 6 10 s 10 4
^юд
S:
10 2
10 1
10 0 Ю'1
/ / г
\ у / у S
/ / // // /в Пробои первхо к у
в/ ( Прям харе <ая ттери стиха \
// // ..._j Одра харе \' тная iKmepui -тика
У
а , / / / J /j
!/ t / \иде хар альная актери прям 'стика ая
Идее xapL 11 обрат с тика ная if-
о
5
10
15 20
q. I И/к Т
Рис. 21. Вольт-амперные характеристики кремниевого диода [3].
а - преобладание генерационно-рекомбинационного тока; б - преобладание
диффузионного тока; в - высокий уровень инжекции; г тивления; д -
обратный ток утечки.
влияние последовательного сопро*
И
W
(54)
Рекомбинационный ток при прямом смещении, подобно генерационному току при
обратном смещении, пропорционален щ. Полный прямой ток приближенно равен
сумме токов, определяемых формулами (44) и (54), и при pnQ > пр0 и V
V
Dr
П 7
ехР (-ff-) + ovthNttii exp -(-^г) • (55)
qW
qV \
tp N D
1 Строго говоря, в выражениях (54) и (55) используется не ширина обеднен-
kT
;ного слоя W, а меньшая величина W-гг,---------гтг-, представляющая собой
тол-
е(Уы- V)
Щину слоя, в котором эффективно происходят процессы рекомбинации
электронов и дырок. - Прим. ред.
100
Глава 2
Экспериментальные результаты в общем случае можно описать следующим
выражением:
3* ~ ехР (¦&) ' (56>
где коэффициент п = 2, если преобладает рекомбинационный ток (рис. 21,
кривая а), и п = 1, если преобладает диффузионный ток (рис. 21, кривая
б). Если оба тока сравнимы по величине, то п лежит между 1 и 2.
2.4.3. Высокий уровень инжекции
При прямом смещении в условиях высокой плотности токов, когда плотность
инжектированных неосновных носителей сравнима с концентрацией основных
носителей, необходимо учиты. вать дрейфовую и диффузионную составляющие
тока. Для плотностей токов проводимости справедливы выражения
Jp = _^pVcpp, Jn = - flV"Vq>".
Поскольку величины Jp, q, \ip и р положительны, то квазиуровень Ферми для
дырок монотонно уменьшается с координатой (т. е. слева направо на рис.
18, а). Аналогично ведет себя квазиуровень Ферми для электронов,
монотонно возрастая справа налево. Следовательно, всюду в переходе
расстояние между квазиуровнями Ферми должно быть меньше или равно
приложенному напряжению, и даже в случае высокого уровня инжекции
справедливо соотношение
рп " nj exp (57)
Следует отметить, что приведенные выше рассуждения не зависят от наличия
рекомбинации в обедненной области. Пока где-либо присутствует
рекомбинация, продолжается протекание тока.
На рис. 22 приведены расчетные зависимости уровня Ферми в собственном
полупроводнике \|), квазиуровней Ферми и грр и концентрации носителей в
кремниевом резком р - я-переходе со следующими параметрами: NA = 1018 см-
3, No - Ю16 см-3, тп = 3*10'10 с, хр = 8,4-10~10 с. При плотности тока 10
А/см2 диод работает в режиме низкого уровня инжекции. Почти все
приложенное напряжение падает на р - л-переходе. Концентрация дырок в ".-
области мала по сравнению с концентрацией электронов. При плотности тока
103 А/см2 концентрация электронов в "-области вблизи перехода существенно
превышает концентрацию доноров и возникает падение напряжения на
сопротивлений а-области. Плотность тока, равная 104 А/см2, приводит к
очень высокому уровню инжекции; падение напряжения на переходе становится
незначительным по сравнению g омическим падением
Плоскостные диоды
101
мки мт &, мкм
а 6 в
Рис. 22. Распределение концентрации носителей, положение собственного
уровня Ферми ij; и квазиуровней Ферми для р - /г-перехода в Si при
различных плотностях тока [30].
а - 10 А/см2; б - 103 А/смг; в - 10* А/смг.
напряжения в обеих областях диода. Хотя на рис. 22 изображена только
центральная часть диода, очевидно, что при любом прямом смещении
расстояние между квазиуровнями Ферми перехода меньше или равно разности
между квазиуровнями Ферми для электронов справа от перехода.
Из рис. 22, б и в следует, что концентрации носителей на границе перехода
в "-области приблизительно равны (п ^ р). Подставляя это условие в
формулу (57), получим рп (х = хп) "=* tit exp (qV/2kT). Следовательно,
зависимость тока от приложенного напряжения пропорциональна exp (qV/2kT),
как показано на рис. 21 (кривая в).
При высоком уровне инжекции необходимо учитывать также эффект,
обусловленный конечной величиной сопротивления квази-нейтральных областей
вблизи перехода. На этом сопротивлении падает большая часть напряжения,
приложенного к диоду (рис. 21, кривая г). Влияние последовательного
сопротивления существенно уменьшается при использовании материалов с
эпитаксиальными слоями.
2.4.4. Диффузионная емкость
Барьерная емкость, рассмотренная выше, при обратном смещении вносит
основной вклад в общую емкость перехода. При прямом смещении в емкости
