Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
и после переключения они в течение некоторого времени пропус кают ток в
обратном направлении. Из диодов этого типа особый интерес представляют
диоды со ступенчатым восстановлением, которые в течение ко-
роткого промежутка времени проводят ток в обратном направлении, а затем
резко уменьшают ток в тот момент, когда рассасывается накопленный заряд.
Этот спад тока происходит в течение пикосекунд, т. е. имеет очень крутой
фронт, содержащий большое количество гармоник. Поэтому диоды со
ступенчатым восстановлением исполь зуются в качестве генераторов гармоник
и формирователей импуль сов. Диоды с накоплением заряда изготовляются
главным образом из кремния со сравнительно большим временем жизни - от
0,5 до
5 мксек, что примерно в тысячу раз выше, чем в диодах с малым временем
восстановления.
7. Диоды p-i-n [J1. 34, 35]. p-i-n диод - это диод с таким
распределением примесей, при котором между слоями п- и p-типа за ключей
г-й слой, т. е. слой с собственной проводимостью. На прак тике, однако,
идеальный i-слой заменяется либо высокоомным p-слоем, который обозначают
как я-слой, либо высокоомным ""-слоем (v-слой). На рис. 40 показаны
распределения примеси, плотности объемного заряда и поля в р-г'-п и р-п-п
диодах [Л. 36]. Благодаря низкой концентрации примеси в i-слое большая
часть приложенного напряжения падает на этом слое. В реальных p-i-n дио-
Т 0\
\ р-i п
I р-Я-П
X
я
ЕЁХ
Рис. 40. Распределение примеси, плотности объемного заряда и поля в p-i-n
и р-я-n диодах |[Л. 36].
дях распределение примеси в р- и "-областях является более плавным, чем
(c)то показано на рис. 40. Такие 'диоды можно изготовить:
I)' апитаюсиальным методом; 2) методом диффузии р- и пнпрямесей в
высокоомную подложку; 8) методом дрейфа ионов (например, лития),
создающих "ильнавомпеноированную область с собственной .проводимостью
[JI. 87].
На рис. 41 показаны типичные зависимости импеданса от смещения для p-i-n
диодов (Л. 88-40]. На рис. 41,а дама обратная характеристика,
соответствующая случаю, когда емкость обедненного слоя остается
практически постоянной, а последовательное сопротивление уменьшается с
ростом напряжения. Рядом приведена упрощенная эквивалентная схема диода.
Полученные результаты можно объяснить с помощью теории простого р-п
перехода.
В p-i-n или р-п-п диоде с сильнолегированными р- и "-областями емкость
обедненного слоя может рассчитываться гак же, как и в случае
несимметричного резкого перехода.
Благодаря низкой концентрации примеси вся я-область является обычно
полностью обедненной даже при нулевом смещении. В этом случае емкость на
единицу площади определяется как es/W, где W - ширина я-области. При
увеличении обратного напряже- рис 4] Зависимость нормализо-
ния будет происходить неболь- ванного импеданса от обратного
шое увеличение ширины обед- смещения (а) и зависимость сопро-
ненного слоя за счет р- и л-об- тивления г-области от прямого ласти, что
приведет к незна- смещения (б) для p-i-n диода
чительному уменьшению емко- гд gg____
сти. Сопротивление при нулевом смещении определяется главным образом
небольшой необедяен-ной частью я-клоя. С увеличением обратного напряжения
последовательное сопротивление быстро уменьшается, асимптотически
.приближаясь к величине, определяемой сопротивлением контактов и
подложки. Напряжение пробоя p-i-n диода 't/в приблизительно 'равно
величине @mW, где -максимальное электрическое ноле при пробое. Для
кремния <§ т~2 • '105 в/см, что дает ?/в "1 ООО в для 1-.слоя шириной 60
мкм. Расчетные напряжения пробоя для кремниевых и германиевых p-i-n
диодов [Л. 41] приведены в гл. 5.
При прямом смещении происходит инжекция дырок из р-слоя и электронов из
п-слоя в i-облаеть. Ток, протекающий через граничу р- и t-Областей, в
точности равен току дырок, определяемому
-100 -50 Обратное напряжение (/к,в а)
б)
выражением IF=AqpWjxP, где А - площадь диода; р - концентра-, ция дырок;
rtp-время жизни дырок. Аналогичным образом ток, протекающий через границу
п- и г-областей, в точности равен току электронов. Проводимость i-слоя
дается выражением
0=<7(i|ir,p+|inra) ~ IF. (106)
Сопротивление i-слоя равно:
W 1
<107>
Эти расчеты -находятся в хорошем соответствии с экспериментальными
результатами, (приведенными на рис. 41,6.
Благодаря своим прямым и обратным характеристикам р-г-п диоды нашли
широкое применение в СВЧ-электронике [J1. 42, 43]. Они .могут
использоваться как СВЧ-переключатели с практически постоянной емкостью
запорного слоя и высокой нагрузочной способностью. Скорость переключения
[JL. 44] приблизительно равна W/2vsi, где и si - 'скорость движения н-
оштелей в i-слое, ограниченная рассеянием. .Кроме .того, р-г-п диод -
может использоваться как управляемый аттенюатор, сопротивление которого
почти линейно зависит от протекаемого прямого тока. Он может также
применяться в качестве модулятора на -частотах вплоть до гигагерц.
8. Гетеропереходы
Гетеропереходом называют переход, образованный двумя полупроводниками с
