Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
результате происходит ограничение, или стабилизация напряжения на уровне
напряжения пробоя. Стабилитроны в основном изготавливаются из кремния,
так как кремний имеет низкий ток насыщения и технология кремния лучше
разработана. Как уже говорилось в разд. 3.5, при напряжении пробоя Vв,
превышающем 6Eg/q (~8 В для кремния), основным механизмом пробоя является
лавинное умножение (температурный коэффициент положителен). При VB <
4Eglq (~5 В для кремния) механизм пробоя обусловлен межзонным
туннелированием (температурный коэффициент отрицателен). При 4Eg/q < Vв <
6Eg/q пробой зависит от обоих механизмов. Соединив диод с отрицательным
температурным коэффициентом последовательно с диодом с положительным
температурным коэффициентом, можно получить стабилизатор напряжения с
низким температурным коэффициентом порядка 0,002 %/°С, который пригоден в
качестве источника опорного напряжения.
2.7.3. Варисторы
Варистором или регулируемым сопротивлением называется двухполюсник с
нелинейной вольт-амперной характеристикой [46]. Нелинейность
характеристики плоскостного диода следует из выражений (96) и (97).
Аналогичными нелинейными характеристиками обладают диоды со структурой
металл - проводник, рассматриваемые в гл. 5. Интересным применением
варисторов является использование их в качестве симметричных ограничи-
Плоскостные диоды
123
телей напряжения на уровне 0,5 В. Для этого они соединяются параллельно
разноименными полюсами. Такой двухдиодный прибор обладает прямой диодной
вольт-амперной характеристикой независимо от полярности прикладываемого
напряжения.
2.7.4. Варакторы
Варактором называется прибор, реактивностью которого можно управлять с
помощью напряжения смещения. Варакторные диоды широко используются в
параметрических усилителях, генераторах гармоник, смесителях, детекторах
и в системах с электронной настройкой.
Основные вольт-фарадные характеристики перехода были выведены в разд.
2.3. Целесообразно представить полученные выше соотношения для резкого и
линейного переходов в более общем виде. Одномерное уравнение Пуассона
записывается следующим образом:
4? = -7Г- <98>
где N - произвольное распределение примеси. В общем случае при условии,
что одна из областей полупроводника сильно легирована, можно (рис. 38, а)
считать
N = Вхт для х 0. (99)
При т ~ 0 имеем В - BN, что соответствует однородному распределению
примеси в слаболегированной области или несимметричному резкому переходу.
При т = 1 распределение примеси соответствует несимметричному линейному
переходу. Переход
k Сверхреэкий переход
5=J
Резкий 5 = 1/2
\'Линейный 5 = 1/3
In V
а о
Рис. 38. Различные распределения примеси (а) ь тракторах и зависимость
барьерной емкости от обратного смешения (б) (двойной логарифмический
масштаб) 148, 47].
124
Глава 2
с т < О называют сверхрезким. Сверхрезкий профиль примеси можно получить
в эпитаксиальном процессе или с помощью ионного легирования. Граничные
условия для уравнения (98) имеют вид V (х - 0) = 0 и V (х = W) = V + Уы,
где V - приложенное напряжение, a Vbt - контактная разность потенциалов.
Интегрируя уравнение Пуассона с учетом указанных граничных условий,
получим выражения для ширины обедненного слоя и удельной дифференциальной
емкости перехода [47 ]:
W
= j" (т + 2)(У+ Уы) ^1(т+2\ (Ю0)
1/(т+2)
с = dQ
dV
1
nR (р ^m+1 11/(т+2)
V-МИУ + У",)'] + (Ю1)
т + 2
где Qc - заряд на единицу площади, равный произведению величины es и
максимального электрического поля (при х - 0). Одним из основных
характеристических параметров варактора является чувствительность s (У)
[48]:
о == dC У -d (log С) 1 / j лоч
С dV rf (log V) " m + 2' ^ ;
Чем больше s, тем больше изменение емкости под действием приложенного
напряжения. Для линейных переходов т = 1 и s = = 1/3, для резких т = 0 и
s = 1/2 и для сверхрезких т = -1, т - -3/2, т = ¦- 5/3 и s = 1, s = 2, s
- 3 соответственно. Вольт-фарадные характеристики диодов с такими
переходами приведены на рис. 38, б. Как и следовало ожидать, сверхрезкий
переход имеет наивысшую чувствительность и обеспечивает наибольшие
изменения емкости.
Упрощенная эквивалентная схема варактора [47] приведена на рис. 39
(вставка), где С, - емкость перехода, Rs-последовательное сопротивление,
RP ¦- параллельное эквивалентное сопротивление, обусловленное
генерационно-рекомбинационным током, диффузионным током и током
поверхностной утечки. С ростом обратного смещения С/ и Rs уменьшаются, a
Rp обычно возрастает. Эффективность варактора определяется его
добротностью Q, которая равна отношению запасенной в нем энергии к
рассеиваемой:
q~-- (юз)
1 + ы CjRpRs 1
Плоскостные диоды
126
Log си ~ 2я"f
Рис. 39. Зависимость добротности варактора Q от частоты при различных
смещениях. На вставке приведена эквивалентная схема варактора [47].
Дифференцируя это выражение, получим угловую частоту со0, соответствующую
максимальной добротности, и саму величину
На рис. 39 приведены кривые, поясняющие соотношение между Q, частотой и
