Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
транзистора, то с учетом схемы на рис. 9, в его можно представить в виде
К{х) - ai U а) 1а + I С01'
(27)
Аналогично можно представить первичный электронный ток 1п (*2):
1п{х) = сс2 (/д) //< + I со%•
(28)
Подставляя выражения (27) и (28) в формулу (26), получим / з Мр [аг (IA)
IA -j- Icoi1 + Мп [а2 (/%) IK,-f- /сог!- (29)
Если допустить, что Мр = Мп = М, то выражение (29) принимает более
простой вид
1 OEj (1А) 1А | ^2 (Iк) 1К \ 10 /QfU
M(V2) " / + I + / " '
где /0 = /со, -f- /со2"
Если Ig = IgA = 0 (здесь lgA - ток управляющего электрода, расположенного
ближе к аноду) и / = 1Л = 1ц, то выражение (30) принимает вид
ai {П + а2 {0 (31)
М (V2)
Коэффициент умножения М можно представить в виде
M(V2)=------------(32)
V l~(V2/VB)n К 1
где VB- напряжение пробоя (разд. 4.2.1) и п - постоянная величина.
Напряжение включения теперь может быть получено из формул (31) и (32) при
условии, что / > /0. В результате
имеем
M(Vt) =----------=------------= (33)
V + l-(VBF/VB)n к
или
Vbf^VbO-oc!-* ,)"/". (34)
Из сравнения с напряжением обратного пробоя VB% - VB (1 -
- видно, что VBF всегда меньше V в&. При малых значе-
Т ириепюры
219
ниях суммы а2 напряжение VBF примерно равно напряжению обратного пробоя,
приведенному на рис. 4. Если же аг -f-4-ct2 ^ 1, напряжение включения
существенно меньше VBr•
4.2.3. Режим прямой проводимости
Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода
смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области р\, а
электроны - из области п2, и структура п\-р2-п2 ведет себя аналогично
насыщенному транзистору с удаленным диодным контактом к области п\.
Следовательно, прибор в целом аналогичен р\-/-п2 (р+-/-я+)-диоду.
В р+-/-я+-диоде с /-областью шириной W плотность прямого тока
определяется скоростью рекомбинации дырок и электронов внутри t-области.
Плотность тока определяется выражением
w
J = j qR dx. (35)
о
Здесь R - скорость рекомбинации, описываемая соотношением [17]
2
R = G(n2p -f- р2п) А---|-fL--¦- (36)
\ н \ н > т %ро (Л щ) + Тгго (р + щ) к '
где первое слагаемое характеризует процесс оже-рекомбинации с
коэффициентом G, равным для кремния (1 -i-2)-10-31 см6/с; второе
слагаемое описывает рекомбинацию через центры с энергией вблизи середины
запрещенной зоны, а тр0 и тп0 - времена жизни дырок и электронов
соответственно. В предельном случае при ti = р > rii выражение (36)
принимает более простой вид
й-(2 w+^r^Y'- <37>
Если во всей /-области концентрация носителей примерно постоянна, то из
выражений (35) и (36) вытекает следующая величина плотности тока:
J = qnW / xeU. (38)
Плотность тока можно представить также в виде
j = Я (Ц" + J*") п? = ^ (6 + 1)8 qDjig, (39)
где & - усредненное значение электрического поля, Ъ - отношение |л"/цр и
Da - коэффициент амбиполярной диффузии. Падение напряжения в /-области Vm
равно
Vm = 2d&.
(40)
220
Глава 4
Рис. 13. Эффективное время жизни при высоком уровне инжекции (та - амбк-
полярное время жизни, G- коэффициент оже-рекомбинации) [18].
Рис. 14. Теоретические (линии) и экспериментальные (точки) вольт-амперные
характеристики тиристора, полученные при учете различных физических
механизмов [17].
а - при учете всех факторов и при теплопроводности 50 Вт/(см2- К); б -
при постоянной температуре; в - без учета оже-рекомбинации; г - без учета
взаимного рассеяния носителей; д без учета оже-рекомбинации и взаимного
рассеяния носителей; е - без учета сужения зоны, оже-рекомбинации и
взаимного рассеяния носителей.
Тиристоры
221
Объединяя выражения (38) и (39), получим
V = ----------(--) (41)
^ д (1+6)2 \Daxen) ' 4
или
Vm ~ (Tef,)-1. (42)
Поскольку Vm обратно пропорционально эффективному времени жизни, для
уменьшения Vm необходимо увеличить teff. Результаты численных расчетов
те" [18] для ряда значений амбиполяр-ного времени жизни та = гр0 + тп0
приведены на рис. 13. При низких концентрациях носителей эффективное
время жизни равно амбиполярному времени жизни; однако при концентрации
носителей, превышающей 1017 см-3, эффективное время жизни благодаря оже-
рекомбинации быстро уменьшается по закону п~2.
Был проведен численный анализ режима прямой проводимости с учетом
различных физических механизмов. Серия расчетных вольт-амперных
характеристик тиристора с напряжением включения 2500 В при температуре
теплоотвода 400 К приведена на рис. 14 [17 ]. Плотность тока 1000 А/см2
соответствует максимально допустимому уровню тока в импульсном режиме, а
плотность тока 100 А/см2 - максимально допустимому уровню тока в
статическом режиме. Как видно из рис. 14, при плотностях 100 А/см2 и выше
основными ограничивающими механизмами являются взаимное рассеяние
носителей и оже-рекомбинация. Сужение запрещенной зоны фактически не
сказывается до тех пор, пока плотность тока не превысит 1000 А/см2.
Рекомбинация через центры в середине запрещенной зоны выступает в
качестве ограничения уже при плотностях, меньших 100 А/см2, и остается
важным фактором при больших плотностях тока. Температура перехода влияет
