Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
о / г з
a
0
5
-^-x
Рис. 2. Распределения примесей, напряженности электрического поля и
эффективного коэффициента ионизации в диоде с асимметричным резким р+ -
п-пере-ходом (диод с одной дрейфовой областью) (а) и в р+ - р - п - п+-
диоде с симметричным резким р - n-переходом (диод с двумя дрейфовыми
областями) (б).
Существуют два предельных случая распределения примеси в диодах Рида.
Если отсутствует область с концентрацией примеси N¦2, то мы имеем резкий
р+-"-переход. Если же отсутствует область с концентрацией Ni, то диод
Рида вырождается в р-i-ft-диод, который иногда называют диодом Мисавы
[6]. На рис. 2, а приведены статические характеристики диода с
асимметричным резким р-я-переходом. Область лавинного умножения сильно
локализована. На рис. 2, б приведены характеристики кремниевого диода с
симметричным резким р~"-переходом. Область умножения расположена вблизи
центра обедненной области. Небольшая асимметрия эффективного коэффициента
ударной ионизации по отношению к точке, в которой напряженность
электрического поля максимальна, связана с тем, что в кремнии ап и ар
Лавинно-пролетные диоды
N
Р+
Nf
1 А
п+
Г
N
Р Q заряд/см2 п*
*
L_
(Гь
W
Ох.ь
о ь
а
-d>
О ь
W
Рис. 3. Распределения примесей, напряженности электрического поля и
эффективного коэффициента ионизации в модифицированных диодах Рида: с
двухслойной базой (а) и с трехслойной базой (б).
сильно различаются. Если ап <=- ар, как это имеет место в GaP,
эффективный коэффициент ионизации
(а) = ап = ар, (3)
и область лавинного умножения симметрична по отношению к точке лг == 0.
На рис. 3, а приведены статические характеристики модифицированной
структуры Рида - диода с двухслойной базой, в котором концентрация
существенно превышает соответствующую величину для диода Рида [22].
Статические характеристики другой модификации-диода с трехслойной базой
приведены на рис. 3, б. В этом диоде "сгусток" заряда Q расположен в
точке х - Ь. Поскольку достаточно высокая напряженность электрического
поля остается постоянной между точками х = 0 К х *=" Ь, то максимальное
поле может быть меньше, чем в диоде
156
Г лава Ю
о двухслойной базой. В р-i-"-диоде электрическое поле однородно во всей
i-области при малых токах. В этом случае область лавинного умножения
соответствует всей ширине слоя собственной концентрации.
10.2.1. Напряжение пробоя
Напряжение пробоя для асимметричных резких р-"-переходов было рассмотрено
в гл. 2. Мы можем воспользоваться развитым в этой главе методом для того,
чтобы найти напряжения пробоя для других типов диодов. Для симметричных
резких переходов (рис. 2, б) напряжение пробоя определяется равенством
<4>
где Жт - величина максимальной напряженности электрического поля при х =
0. На рис. 4 приведены максимальные напряженности электрического поля при
пробое в симметричных и асимметричных р-"-переходах из кремния и арсенида
галлия с ориентацией (100) [23, 24]. Если известна концентрация примеси,
то напряжение пробоя можно найти из равенства (4), пользуясь графиками,
приведенными на рис. 4. Обратное напряжение при пробое равно (Vр - Vbi),
гДе Vы - контактная разность потенциалов, причем Vbi - (2kT/q) In (Мв/щ)
в случае симметричных резких переходов (в работающих ЛПД величиной Vbi
можно пренебрегать).
10
\ *
г, ^ &
I §Г g1!
ю*
9
8
7
6.
5
4
J
2
10
- // // / У // / У/ /
/кимметрич/- Jb/& ГбоА*^ЮО> 'У / /
переходы т," , 1 IV ;., .ч Г им мет-
^ s ,6b;кричные i ^переходы
.... I . .L. i Mill 1 I i i 1, 111 I 1 1 1 i 1 II Л 1 1 Mill
te
в
см
Рис. 4. Максимальная напряженность электрического поля при пробое как
функция концентрации для асимметричных и симметричных резких переходов из
Si и GaAs [23, 24].
Лавинно-пролетные диоды
157
Напряжение пробоя и ширина обедненной области в диоде Рида и диоде с
двухслойной базой определяются следующими равенствами:
Ширина обедненной области в диоде Рида ограничена толщиной
эпитаксиального слоя, которая меньше величины, вычисленной с помощью
равенства (6). Максимальная напряженность электрического поля при пробое
в диоде Рида или диоде с двухслойной базой с точностью до 1 % совпадает с
соответствующей величиной для асимметричного резкого р+-"-перехода с
такой же концентрацией примеси Ni при условии, что ширина области
лавинного умножения хА < b [25]. Следовательно, напряжение пробоя можно
найти из равенства (5) и (6), используя величину максимальной
напряженности электрического поля из графиков, приведенных на рис. 4.
В диоде с трехслойной базой при очень узком слое объемного заряда с
высокой концентрацией примеси напряжение пробоя и полная ширина
обедненной области определяются выражениями
где Q - число атомов примеси на 1 см2 в слое объемного заряда. Поскольку
напряженность электрического поля приблизительно постоянна при 0 с л; <
Ь, эффективный коэффициент ударной ионизации (а)= Mb. Максимальную
напряженность электрического поля можно найти, если известна зависимость
