Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
приведем выражения, полученные для резкого и линейного переходов, к более
общему виду. Уравнение Пуассона для одномерного случая дается выражением
d2U dN
7В?=-1Г' (98)
где N - произвольное распределение примеси '(при условии, что
одна из 'областей полупроводника очень сильно легирована)
(рис. .38):
N=Bxm для х^О. (99)
При т=0 получим B-Nb, что соответствует однородному распределению примеси
или случаю несимметричного резкого перехода. При те=Ц распределение
примеси соответствует несимметричному переходу с линейным распределением
в одной из областей. При
0 переход называют ."оверхрезким" {Л. S3]. Такое распределение можно
получить методом эпитаксии. Граничные условия 'будут следующие: Ux=о=0 и
Ux=w='U+Vbi, где U-приложенное напряжение,. a Ubi -контактная разность
потенциалов.
-Интегрируя уравнение /Пуассона /с учетом (c)тих граничных условий,
получаем выражения для ширины обедненного слоя и 'дифференциальной
емкости иа единицу /площади:
^ = [е. (/П + 2)(U + t/6<)] U(m+2) ; (Ш0)
С = = Г ЯВ (в.)ГИ-1 1
L- ди L (т + 2Ни + иы) J ~(t/ + t/w) .
где -Qc - за|ряд иа единицу 'площади, равный 'Произведению величин es и
максимального электрического поля (в точке х=0). Легко видеть, что при
т=0 и ,т='1 уравнения |('100) н I(il0il) сводятся к уравнениям для
резкого и линейного 'Переходов, подученным ра-
\ЧВ-НА т п= 1/(т + 2)
\ j 3 1/5 ,
\\т = ~3/2 J г Ф
-г\\ / /
Вх0 1 п 1/3 Линейный 1/2 Резкий 1} Сверхрезкий
и
j ^ J -3/2
О Xq W
Сильнолегированная р -область п-область
Рис. 38. Различные распределения примеси в варак-торах [Л. 30].
нее. Особый интерес представляет случай оверхрезкого перехода, когда т-.-
3/2 н п=2. При такам распределении примеси резонансная частота линейно
зависит от напряжения .смещения
fr = ^ ^ (U+ иы)п'2 = (U + (7М)'. (102)
Такая зависимость удобна для модуляции частоты, а также с точки зрения
уменьшения искажений.
На рис. 39,а показана упрощенная эквивалентная схема варак-тора ([Л. 32],
где Cj - емкость перехода; iRs-'последовательное сопротивление; Rp-¦
эквивалентное параллельное сопротивление, определяемое танами генерации -
рекомбинации, диффузии и утечки. С ростом обратного напряжения Cj и Rs
уменьшаются, a Rp обычно увеличивается. Эффективность в ар актора
определяется его добротностью Q, представляющей собой отношение
запасенной энергии к рассеиваемой энергии:
ыС7 Rp
Дифференцируя 'Приведенное выражение, можно п-олучить угловую частоту (c)о,
'соответствующую максимальной добротности, и саму величину Q max•
.А~го! (104)
Q"
Cj (RpRs )1/2 '
f Rp V/2 •^[4RS )
(105)
a)
,Ha рис. 39,6 показано качественное соотношение -между добротностью,
частотой и напряжением смещения. Ори данной величине смещения (Q
изменяется как (c)Cj-iRp -на низких частотах и -как l/d>CjiRs на высоких
частотах. Максимальное -напряжение смещения ограничивается (напряжением
пробоя UB-
5. Диоды с малым временем восстановления. Диоды с малым временем
восстановления (предназначены (для получения сверхвысоких скоростей
переключения. Их (можно разделить -на две группы: диоды ю диффузионным р-
п переходом и диоды с переходом "металл- полупроводник". Эквивалентные
схемы диодов (обоих типов имеют такой же вид, как iy варакторных (диодов
|(рмс. 39,я), а поведение диодов при переключении может быть описано
графиками, приведенными на рис. йб,б.
- Полное время восстановления диода с р-п переходом (4+4) можно заметно
уменьшить путем введения в кремний рекомбинационных центров, таких, как
золото. Х-отя время восстановления прямо пропорционально времени жизни т,
как показано на рис. 37, к сожалению, время восстановления нельзя свести
к нулю путем введения очень большого количества рекомбинационных центров
Nt, так как обратный генерационный ток р-п перехода пропорционален Nt
[см. уравнения (47) и (48)]. В полупроводниках с большой шириной
запрещенной зоны, таких, как арсенид галлия, время 'кизни неосновных
носите-лей обычно значительно меньше, чем в кремнии. По-?Тому диоды из
арсецида
б)
Рис. 39. Упрощенная эквивалентная схема (я) варактора [Л. 32] и
зависимость добротности от частоты (б) при различных напряжениях смещения
[Л. 30].
галлия позволяют получить сверхвысокую скорость переключения: они имеют
время восстановления порядка 0,1 нсек или менее. Для кремниевых диодов
практически достижимые значения времени переключения лежат в диапазоне от
1 до 5 нсек.
Диоды типа "металл-полупроводник" [(диоды Шоттки) также позволяют
получать сверхвысокую скорость переключения. Это объ ясняетея тем, что в
диодах Шоттки ток переносится основными носителями, поэтому эффект на
копления неосновных носителей является пренебрежимо малым. Переходы
металл-полупроводник будут рассмотрены подробнее в гл. 8.
6. Диоды с накоплением заряда. В противоположность диодам с малым
временем восстановления диоды с накоплением заряда сконструированы таким
образом, что за время пропускания прямого тока в них накапливается заряд,
