Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
что прямые характеристики тиристора (гл. 4) в включен" ном состоянии
очень похожи на характеристики р - i - п-диода.
На рис. 32 приведены значения напряжения пробоя р - i - и-диода при
обратных смещениях. Поскольку максимальное поле <?>т в Si с низкой
концентрацией примеси составляет 2,5* 105 В/см, то напряжение пробоя
" &mW ~ 25W [В], (106)
где W - ширина обедненного слоя, мкм. Результаты измерений емкости и
последовательного сопротивления обратносмещенного р - i - п.диода,
предназначенного для переключения малых мощностей, представлены на рис.
41 [52]. Отметим, что емкость достигает величины, равной еSAIW (А -
площадь перехода) уже при смещении 5 В, которое намного ниже напряжения
пробоя, составляющего 75 Ё. При обратном смещении выше 10 6
Плоскостные диоды
1?9
емкость дополнительно уменьшается только на 3 %. Последовательное
сопротивление Rs содержит две составляющие:
R. = Ri + R" (Ю7)
вде Ri - сопротивление г-области и Rc - сопротивление
контакта. С увеличением обратного смещения Ri приближается
к нулевому значению и последовательное сопротивление быстро уменьшается
до значения, соответствующего контактному сопротивлений".
В случае прямого смещения р+ - /-контакт инжектирует
дырки, a / - п+-контакт инжектирует электроны. Вначале рассмотрим
протекание тока, вызванного электронно-дырочной рекомбинацией в /-
области. Плотность тока определяется соотношением [38, 53]
w
J = J qJJ dx, (108)
о
где U - скорость рекомбинации, равная п (х)!х. Пусть концентрация
электронов, инжектированных в /-область, равна п', тогда
j = 1, (109)
^а
где та - амбиполярное время жизни. Если предположить, что концентрация
носителей в /-области примерно постоянна, то диффузионным током можно
пренебречь. Поскольку концентрация инжектированных носителей намного выше
концентрации примеси в ./-области, то р - / ¦- /г-диод обычно работает в
условиях высокого уровня инжекции, т. е. п' ^ рг > щ, где р' - средняя
концентрация дырок, инжектированных в /-область. В ташж случае полный
дрейфовый ток записывается в виде
J = q\inn'S' + q\ipp'8' = q (|хл + |^) п'%' =
= ж(1+Т )чО,А'Г, (110)
где b = \ij\ip и <?' - среднее электрическое поле в /-области.
Коэффициент амбиполярной диффузии в соответствии с выражением (36) равен
п - _ 2°п П1П
а 1 + ь * ' ;
Подставляя выражение (111) в выражение (110), имеем
J = W (bV)% чВаП'В'. (112)
Напряжение Vt на /-области определяется выражением
Vi = 8'W. (113)
130
Глава 2
Рис. 42. Зависимость ¦ падения на-* пряжения на внутренней области р - i
- л-диода от W/La [39].
0,1 1 10 Ща
Из выражения (109) с учетом соотношения (113) и того, что L ( = у Daти) -
длина амбиполярной диффузии, имеем
1 / kT 2 Ь ( W \2
^Tiwlir)' (114)
Для кремния b ^ 3 и
" ЗкТ ( W \2
v^srK-)- <115)
Сопротивление Rt вычисляется по формуле
р - / 3kTW% \ 1 -
Ri=TF~ V8^7)lT* <116)
На рис. 41, б в качестве примера показано поведение последовательного
сопротивления при прямом смещении. Отметим, что оно изменяется обратно
пропорционально IF и когда \UF 0, то R, асимптотически стремится к
величине контактного сопротивления Rc.
Более точно величину Vt можно получить, решая уравнение (35) с
соответствующими граничными условиями (рис. 42). Следует отметить, что
при W/La ^ 2 напряжение Vt достаточно точно определяется выражением
(115). Однако при W/La ?> 2 вели-
Плоскостные диоды
131
чина Уч начинает раети быстрее и в первом приближении удовлетворяет
соотношению
" 3 nkT
8q
t w \ eXP (2I7)
(117)
Таким образом, условие W - 2La определяет границу между "коротким" и
"длинным" р - / - п-диодами. Для коротких струк-ТУР {W "S 2La) градиент
концентрации носителей по /-области слабо влияет на величину напряжения
(при комнатной температуре отклонение не превышает 0,05 В) и им можно
пренебречь. Однако для протяженных структур падение напряжения на /-
области оказывается гораздо выше. При проектировании прибора выбор
толщины /-области определяется допустимым напряжением пробоя. Для
сохранения работоспособности коротких структур величина Ьа должна
выбираться большой. В условиях высокого уровня инжекции коэффициент
амбиполярной диффузии Da уменьшается с ростом концентрации
инжектированных носителей за счет эффектов взаимного рассеяния носителей.
Время жизни неосновных носителей будет также снижаться из-за процессов
оже-рекомбинации при высокой концентрации носителей. Следовательно, при
повышении плотности тока La будет уменьшаться, что приведет к увеличению
отношения WlLa.
На рис. 43 представлены результаты вычислений 154] характеристик
высоковольтных приборов с W = 600 мкм и та =
- 30 мкс. Кривая а учитывает только рекомбинацию в /-области
Ряс. 43. Прямые вольт-ампер-йые характеристики (541.
132
Глава 2
кривая б - влияние взаимного рассеяния носителей и кривая в - оже-
рекомбинацию. При учете дополнительных факторов проявляется неуклонное
ухудшение характеристик прибора. Очевидно, что оже-рекомбинация и
взаимное рассеяние носителей устанавливают предел работоспособности
