Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
зависимость коэффициента ударной ионизации от х при пробое.
пробивное напряжение. На рис. 4 представлены результаты для p-i-n диода,
в котором электрическое поле одинаково по своему слою .с собственной
проводимостью. Слой умножения в этом случае соответствует полной ширине
области с собственной проводимостью.
1. Пробивные напряжения. Пробивные напряжения резкого и плавного р-п
переходов .(б) рассмотрены в гл. 3. Мы можем применить тот же .метод, что
описан в этой главе, для расчета пробив-
p-i-n диод
P+
n+
Рис. 4. Диод p-i-n.
a - распределение примесей (p-l-n); б - электрическое поле; в -
зависимость коэффициента ударной ионизации от х при пробое.
(х) = 8"
rqN,х
ных напряжений диода Рида и p-i-n диода. Наиболее важными параметрами
диода Рида (рис. 1,я) являются: N, - концентрация примеси в я-области; Ъ
- ширина n-облаети и (W-6) - ширина области с собственной проводимостью.
Такое распределение примесей приводит к двум особым случаям при больших и
малых значениях Ъ:
1) при 6-"-0 оно представляет собой распределение в p-i-n диоде шириной
f-области; равной W:
2) при b>W{N<) (где W(Ni)-ширина запорного слоя при пробивном напряжении
в резком р+-п переходе с концентрацией примеси в я-области, равной N Л
оно переходит в распределение в резком переходе с постоянной
концентрацией примеси в базе. Для промежуточных значений Ъ (диод Рида)
структура поля, как показано на рис. 1,6, описывается следующим образом:
при 0 < х Ь\
(4а)
8 (х) - <?ж -
qN2 (х- b)
при b -
\W.
(46)
Здесь <§ т - максимальное электрическое поле.
Зависимость расчетных значений 'пробивных напряжений для германиевых и
кремниевых p+-n-i-n+ структур от ширины я-области 6 показана на рис. 5 и
6 соответственно {Д. 7]. В левой части рис. 6 при Ь->-0 показаны ширина
запорного слоя W и соответствующее пробивное напряжение для p-i-n диода.
Например, оно составляет 150 в для германиевого p-i-n диода с шириной i-
области 10 мкм и около 20 в для ширины в II мк. Для промежуточных
значений 6 пробивные напряжения яри заданных W и Ni уменьшаются с ростом
Ъ. Например, .при 117=10 мкм и Aij=5-1015 см~3 Ub=i100 в для германиевого
р+-п4-п+ диода с 6=В,б мкм. Пунктирная кривая соответствует предельным
значениям Ь, при которых они совпадают
с шириной запорного слоя W\(Ni). При больших значениях 6 пробивное
напряжение уже не зависит от 6 и равно пробивному наиряже нию резкого р+-
п перехода с тем же уровнем легирования Ni (см. гл. 3).
-Диод Рида
80
10
Рис. 5. Зависимость пробивного напряжения от толщины n-слоя для
германиевого диода Рида л p-i-n диода. Полная толщина запорного слоя W
является параметром [Л. 7].
Было установлено, что .максимальное поле в диоде Рида (при заданном Ni) с
высокой точностью совпадает '(разница не превосходит i] %) с максимальным
полем 'асимметричного резкого р-п перехода с тем же значением JVi, если
.при этом ширина слоя умножения хА меньше, чем Ь.
Современные технологические методы, такие, как эпитаксиальное наращивание
или вплавление, позволяют приблизиться к идеализированной многослойной
структуре, (r) которой концентрация примесей ¦претерпевает разрывы на
границе слоев. Однако в случае диффузионных диодов нельзя пренебрегать
градиентом концентрации. Мы рассмотрим два случая, которые показаны на
вставке к .рис. 7, здесь I случай постоянного градиента концентрации
примеси во всей "-области от .металлургического перехода до слоя с
собственной проводимостью и II случай постоянной концентрации примеси
вблизи
р-
1000
го
ю
%
S
3
J00
L 10
-Диод Рида-
&ь
щ
у'
г
ill
Л
Z
~л 10*
5x10
15
10
16 -
Н1=5х10юслС
1000
03
*
Qj
о;
100 " <ь
I
?
сз
0,1
10
10
Рис. 6. Зависимость пробивного напряжения от толщины n-слоя кремниевого
диода Рида и p-i-n диода. Полная толщина запорного слоя является
параметром [Л. 7].
(10,3см~3) dt=
о г ю
¦ Расстояние, мкм
ti I Переход
^ 11) а =5 х 10асм-*
и(п=гг5в
шгыюе
vi3)=me
г о в g ю
Расстояние, мкм
Рис. 7. Графический метод определения пробивного напряжения в диодах с
градиентом распределения примесей [Л. 7].
.металлур'Шческого перехода, которая сменяется областью с линейным
распределением иримеси на остальном участке 1ВПлоть до i-области. Для
сравнения .на этом рисунке показан также идеализированный случай 1(Ш),
рассмотренный ранее. Для каждого из этих случаев на рис. 7 показано
распределение электрического поля. Для I 'случая мы предварительно
рассчитаем численно зависимость пробивного поля одностороннего перехода с
линейным распределением
Градиент концентрации примесей, атомов / см*
Рис. 8. Максимальное поле при пробое для асимметричного резкого и
асимметричного плавного переходов в германии и кремнии {Л. 7].
--------асимметричный переход с линейным распределением примесей;
---------асимметричный резкий переход.
примеси от градиента концентрации а как для германия, так и для кремния
(.рис. 8). Как и для идеализированной структуры Рида, максимальное поле
