Емкость при обратном смещении

Ширина и барьерная емкость электронно-дырочного перехода

Обратносмещенный переход

На рис. 4.6 в изображен случай, если изменить полярность внешнего источника.

Напряженность результирующего поля Е _рез на переходе увеличится (внешнее и диффузионное поля направлены в одну сторону).

Е _рез = Е _зап + Е_внеш(4.15)

Дрейфовый ток увеличится, а диффузионный ток уменьшится, в результате чего, динамиче­ское равновесие нарушится и также возникнет ток через р-n переход.

Высота и ширина потенциального барьера увеличится и станет равной:

q(f_k + U_внеш) (4.16)

Ширина p-n перехода при этом увеличивается.

Электроны из слоя n будут двигаться от границы слоев к положительному полюсу внешнего источника, а дырки из слоя р к отрицательному полюсу. Т.о., и свободные электроны, и дырки будут уходить от границы слоев.

В результате между слоями образуется область, в которой не остается ни элек­тронов, ни дырок. Ток (диффузионный) через p-n-переход не пойдет.

При обратном напряжении толщина p-n перехода возрастает не пропорционально напряжению и в нем преобладает дрейфовое движение носителей по сравнению с диффузионным: дырки из n - области и электроны из p - области вследствие теплового хаотического движения могут попасть в область перехода, где они попадают в ускоряющее поле, переносящее их в соседнюю область.

В результате уменьшается концентрация неосновных носителей у границ перехода - это явление называется экстракцией неосновных носителей

В цепи в этом случае будет проходить ток, этот ток небольшой, называется он обратным током. Он обусловлен наличием в слое n некоторого числа неосновных носителей - дырок, а в слое р - свободных электронов, которые будут проникать в пограничную область и поддерживать ток через переход.

Этот обратный ток, будет на несколько порядков меньше прямого тока:

1_обр «1_пр, при этом Iпр[ мА ], а Iобр[ мкА ]

Из рассмотренных случаев следует, что направление внешнего поля определяет вентильные свойства p-n-перехода, т.е. способность проводить ток в одном направлении в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Если к п/п прикладывается внешняя разность потенциалов U_внеш, то в зависимости величины приложенного поля к обратно смещенному p-n переходу происходит уменьшение или увеличение объемных зарядов у его границ обусловленных неподвижными ионами доноров и акцепторов (рис. 5.1).

!! Барьерную емкость образуют ионы доноров и акцепторов

Рис. 5.1 Образование пространственного заряда при обратно смещенном p-n переходе

Обратно смещенный плоский p-n переход, ведет себя подобно электрической емкости. Эта емкость, называемая барьерной емкостью, и определяется, как емкость обычного плоского конденсатора.

Заряды, обусловли­вающие барьерную емкость C_б, сосредоточены в двух тонких слоях плоского p-n перехода, расположенных на расстоянии D один от другого, что очень напоминает поверхностные заряды на металлических обкладках конденсатора.

С = e_oe S/D (5.1)

где e_o = 8,85.10^-12ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость;

e - относительная диэлектрическая проницаемость;

S - площадь перехода.

Величина барьерной емкости

C_бар = dQ/dV (5.2)

где dQ – изменение заряда;

dV – изменение разности потенциалов на нем.

Разность потенциалов на переходе

V = (f_k + U_внеш) (5.3)

Заряды на “обкладках“ (рис. 5.1) p-n перехода (на единичной площади перехода, S=1)

Q₊ = qN_д(x_o - x”)

Q_- = qN_а(x’- x_o) (5.4)

Решая систему 5.4 относительно D с учетом 5.2, 5,3 и V=f_k, получим оценочную величину ширины p-n перехода в равновесном состоянии

D = ((e e_of_k /q)(1/N_a+1/N_д))^0.5 (5.5)

можно показать, что в неравновесном состоянии и обратно смещенном p-n переходе

D = k1 /(f_k + U_внеш)^0.5 (5.6)

Барьерная емкость с учетом 5.1 и 5.6

С_бар = e_oe S/D = k2 /(f_k + U_внеш)^0.5 (5.7)

k1, k2 коэффициенты

Дата добавления: 2014-01-20