Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
перехода преобладает диффузионная емкость, обусловленная изменением
распределения концентрации неосновных носителей. Если на переход,
смещенный в прямом
102
Г лат 2
направлении, подать небольшой сигнал переменного тока, то общее
напряжение и плотность тока можно описать выражениями
У (0 = Vo + Vxe№, J (/) = Jo + Jie>at, (58)
где V0 и Jo - постоянные напряжение и плотность тока, a Vx и Ji -
амплитуды напряжения и плотности тока входного сигнала. Концентрации
электронов и дырок на границах обедненной области можно получить из
выражений (32) и (33), если вместо V подставить (V0 + V^1). Переменная
составляющая концентрации дырок, соответствующая малому входному сигналу,
определяется соотношением
рп(х, 0 = pni(x)ei<at. (59)
Ограничиваясь случаем Vo> получим
qiVv + VtfW)
рпо ехр
kT
~ рпо ехр (-^-) + ехр (-^-) е'ы. (60)
Аналогичное выражение получается и для концентрации электронов. Первое
слагаемое в выражении (60) описывает постоянную составляющую, а второе
слагаемое - переменную составляющую на границе обедненного слоя [/?nl
(хп) e>at], обусловленную входным сигналом. Подставляя рп в уравнение
непрерывности (уравнение (97) из гл, 1 при Gp = 0), имеем
Рп , г" °2Рп
т р 1 Р дх2
или
____________Ёл----------------------------------= 0 (61)
дх2 DpXp/(\ + /со тр) ^ '
Уравнение (61) тождественно уравнению (39), если время жизни носителей
положить равным
* т п
1 /СОТр
(62)
Сделав соответствующие подстановки в выражение для полного тока (44),
получим плотность переменного тока
Ji
kT
+
'}m
Lpiy 1 4- jiOTp Ln/V 1 -f- /<o%n
xp(-tt)- <63>
Из выражения (63) непосредственно вычисляем полную проводимость перехода
по переменному току
Y = ±- = Gd + iaCd. (6 4)
Плоскостные диоды
103
Рис. 23. Зависимость диффузионной проводимости и диффузионной емкости от
сот. На вставке приведена эквивалентная схема р - я-перехода при прямом
смещении.
Для относительно низких частот (сотр, (отп -С 1) диффузионная
проводимость Gd0 определяется выражением
ам = Л- (-""f- + --?п!~) e?v-'kT [мО/см21, (65)
которое совпадает с производной от полного тока, описываемого формулой
(44). Низкочастотная диффузионная емкость записывается в виде
Ста = -§р- -+ [Ф/см2]. (66)
Зависимость проводимости и емкости от нормализованной частоты сот
приведена на рис. 23, причем в расчет принимался только один член
выражения (63) (например, член, содержащий рп0, если рп0 > Пр0). На
вставке показана эквивалентная схема полной проводимости перехода для
переменного сигнала. Из рис. 23 следует, что диффузионная емкость
снижается с повышением частоты сигнала. Для высоких частот она
уменьшается приблизительно по закону (со)~1/2. Вместе с тем диффузионная
емкость быстро возрастает с уровнем постоянного тока (~eqVo/kT). По этим
причинам диффузионная емкость играет особенно большую роль на низких
частотах и при прямом смещении.
2.5* ПРОБОЙ р-/-ПЕРЕХОДА [31]
При большом обратном смещении на р - п-переходе, которое создает в нем
большое электрическое поле, переход "пробивается" и через него протекает
очень большой ток. Существуют три основ-
104
Глава 2
ных механизма пробоя: тепловая неустойчивость, туннельный эффект и
лавинное умножение. Первые два механизма мы рассмотрим кратко, а лавинное
умножение - более подробно.
2.5.1. Тепловая неустойчивость
Пробой, обусловленный тепловой неустойчивостью, определяет электрическую
прочность большинства изоляторов при комнатной температуре, а также
является основным фактором в полупроводниках с относительно узкой шириной
запрещенной зоны, например в германии. В р - /г-переходе при обратном
напряжении протекает обратный ток и, следовательно, выделяется тепло.
Увеличение обратного напряжения вызывает повышение температуры перехода.
В свою очередь это приводит к возрастанию обратного тока. Влияние
температуры на обратную ветвь вольт-амперной характеристики перехода
показано на рис. 24 132], где семейство горизонтальных линий представляет
собой различные значения обратного тока. Каждая линия соответствует
определенному току при постоянной температуре перехода, а сам ток
изменяется с температурой по закону T3+v/2 ехр (-Eg!kT). Количество
выделяемого переходом тепла, определяющее его температуру,
пропорционально произведению I-V. Поэтому гиперболические кривые
постоянной температуры в двойном логарифмическом масштабе представляют
собой семейство прямых. Если соединить точки пересечения кривых,
соответствующих одинаковой температуре, получим обратную ветвь вольт-
амперной
Рис. 24. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики при тепловом пробоо
(Vt/-• напряжение тепловой неустойчивости) [32].
Плоскостные диоды
105
характеристики перехода. Вследствие теплового нагрева при больших
обратных напряжениях на характеристике возникает участок с отрицательным
дифференциальным сопротивлением. На этом участке диод выходит из строя,
если не принять специальных мер для ограничения тока (например, включить
последовательное сопротивление). Этот эффект называют тепловой
