Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
неосновных носителей в различные моменты времени.
Результаты расчета показаны на рис. 37, пде оплошные линии соответствуют
плоскому переходу для случая, когда ширина базы я-яипа W много больше
диффузионной длины дырок '(W^Lp); штриховые линии соответствуют случаю
перехода с узкой базой, когда W^iLp. При большой величине отношения Ir/If
время переходного процесса в случае W^>Lp может быть приближенно записано
как
(ti + h) ^ '
(89а)
в случае W^>Lp
W' ( IR\X (ti + ^).r^2Dpy/F ) "
(896
При переключении перехода с широкой базой (W^>LV) от прямого тока 10 ма к
обратному току 10 ма (InilF = l) длительность фазы постоянного гока
составляет 0,3тр, а длительность фазы спада - около 0,6тр. Суммарная
длительность переходного процесса составляет в этом случае 0,9тР. Таким
образом, для уменьшения времени переключения следуег уменьшать величину
времени жизни tP. Этого можно добиться путем введения примесей, создающих
глубокие уровни в запрещенной зоне, как, например, золото в кремнии.
2. Шумы fJI. 29]. Термин "шумы" означает спонтанные флуктуации тока,
протекающего через полупроводниковые материалы пли приборы, или
напряжения на них. Изучение шу-мов является важным Для' полупроводниковых
приборов. Так как эти приборы используются главным образом для измерения
малых физических величин или Для усиления малых сигналов, спонтанные
флуктуации тока или на-пРяжения определяют нижний предел измеряемых
величин или усиливаемых сигналов. Важно знать факторы, определяющие эти
пределы, с тем чтобы оптимизировать условия работы приборов и най-
Рис. 37. Зависимость нормализованного времени от отношения обратного тока
к прямому [Л. 28].
- - плоский переход; переход с узкой базой (ширина базы
ти иовые (методы и новые технологические приемы 'для уменьшения шумов.
Наблюдаемые шумы обычно подразделяют на тепловой ш-ум, фликер-шум и
Дробовой шум. Тепловой шум 'существует в любом проводнике или
полупроводнике. Причиной его является хаотическое движение носителей
тока. Средняя величина квадрата напряжения твшшвопо шуми 'При холостом
ходе Tj\ определяется выражением
Ul=4kTBR, (90)
где k - постоянная Больцмана; Г-абсолютная температура, ТК; В-ширина
полосы, гц\ <R-действительная часть импеданса, подключенного к выходным
зажимам.
При комнатной температуре для полупроводникового материала сопротивлением
1 ком среднеквадратичная величина напряжения теплового шума ~\f и2п ,
измеренная при ширине полосы 1 гц, составляет около 4 не (1 не = 10-9 в).
Для фликер-шума характерно своеобразное спектральное распределение-он
пропорционален 1 /f" , где величина а 'обычно близка к единице (так
называемый шум \/f).
Фликер-шум ;итрает роль па низких частотах. Было показано, что для
'большинства 'полупроводниковых приборов фликер-шум связан с
поверхностными эффектами. Установлена как качественная, так и
количественная корреляция шума .'1/jf ic той частью импеданса 'МДП-
стр'уктуры, которая определяет потери, связанные с рекомбинацией
носителей иа поверхностных .состояниях у границы раздела, (c)олее подробное
рассмотрение фликер-шума дается в гл. 9, 'посвященной МИД-приборам.
Дробовой шум играет .преобладающую роль в 'большинстве полупроводниковых
приборов. 'В области низких и .средних частот он ¦не зависит от частоты
[(имеет '"белый" спектр). На 'более высоких частотах дро'бов'ой шум также
становится частотно-зависимым. Средняя величина квадрата тока дробового
шума р-п перехода дается выражением
= 2?В/, (91)
где I- ток, который в прямом направлении считается положительным, а и
обратном-отрицательным. При малом уровне .инжекции средняя величина
квадрата полного шумового тока дается выражением
i2n=4kTBG-2qBI (92)
(если считать шум l/f пренебрежимо малым). Из уравнения Шокли "получим:
(93)
[Подставив выражение |(93) в i(92), получим для случая прямого
смешения:
If = 2qIsBeqU lkT + 2qBIs. (94)
Экспериментальные результаты подтверждают, что средний квадрат шумового
тюка действительно пропорционален таку насыщения / величину которого
можно изменять с помощью облучения.
*' (Ван-дер-Зил предложил использовать для классификации шумов другую
терминологию, лучше отражающую 'соответствующие физические процессы: шум
генерации-рекомбинации '(ПР), диффузионный шум и модуляционный шум. ПР-
шум обусловлен киюнтан-ными флуктуациями скорости генерации, скорости
рекомбинации и скорости захвата носителей, выражающимися во флуктуациях
концентрации свободных носителей. iB приборах с переходами ГР-шум весьма
сходен с дробовым шумом. Диффузионный шум обусловлен тем, что диффузия
является 'случайным процессам. Флуктуации скорости диффузии приводят к
локальным флуктуациям концентрации носителей. В однородных материалах
этот аффект является причиной теплового -щума, а в р-п переходах -
основной причиной дробового шума. Модуляционным шумом называют шум,
который ме вызывается непосредственно флуктуациями скорости дрейфа или
диффузии, а обусловлен флуктуациями концентрации носителей или тока под
