Лекция 4. Переходные процессы в полупроводниковых диодах

1. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ С p – n -ПЕРЕХОДОМ

Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны в основном с двумя явлениями, происходящими при быстром изменении напряжения на диоде или тока, протекающего через диод:

1) При малых прямых напряжениях (U _пр < φ ₀) и соответственно малых плотностях тока переходные процессы определяются перезарядкой барьерной емкости. От длительности переходного процесса зависит максимальная рабочая частота цифровых и импульсных устройств, детекторов высокочастотных колебаний в радиоприемных и других устройствах.

2) При сравнительно больших плотностях прямого тока (при U _пр ~ φ ₀) происходит накопление неосновных носителей заряда в базе диода и их рассасывание при уменьшении напряжения. Эти процессы ограничивают быстродействие мощных выпрямителей и ключевых схем.

2. БАРЬЕРНАЯ ЕМКОСТЬ p – n -ПЕРЕХОДА

Для изготовления полупроводниковых диодов, как правило, используют несимметричные p – n -переходы. В них имеется низкоомная область эмиттера с большой концентрацией атомов примеси N _э = 10¹⁷÷10¹⁹ см^–3 и высокоомная область базы с меньшей концентрацией примеси N _б = 10¹⁴÷10¹⁵ см^–3.

По обе стороны металлургической границы образуются слои полупроводника, обедненные основными носителями заряда (рис.1). Электрическое поле объемного заряда ионизированных примесей Е _к создает потенциальный барьер для основных носителей заряда ψ ₀ = qφ ₀, где q =1.6·10^–19 Кл – элементарный заряд. Контактная разность потенциалов φ ₀ определяется отношением концентраций основных носителей заряда (электронов) в области эмиттера n _n и неосновных носителей заряда (электронов) в базе n _p:

n _n/ n _p = exp(φ ₀/ φ _т),

где φ _т = kT / q – термический потенциал, k = 1.38·10^–23 Дж/К – постоянная Больцмана, Т – температура в градусах Кельвина. Концентрация n _n и n _p в диапазоне рабочих температур диода зависит от ширины запрещенной зоны Δ W и концентрации акцепторных N _a и донорных N _d примесей [1-4, 7].

Приложение к p – n- переходу небольшого прямого Δ U << φ ₀ (или обратного) напряжения приводит к появлению дополнительного поля Е _вн, что вызывает изменение толщины обедненной области Δ d _p+Δ d _n и объемного заряда ионизированных примесей Δ Q = |Δ Q _б | = |Δ Q _э |. Отношение С _бар = |Δ Q /Δ U | определяет величину барьерной емкости перехода.

Дата добавления: 2014-01-11