Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема: Электронно-дырочный переход и его свойства

Электронно-дырочный переход – это тонкий слой между двумя областями кристалла с разными типами электропроводимости: электронной и дырочной.

Технологии изготовления: сплавление, диффузия одного кристалла в другой, эпитаксия – ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого.

По конструкции p-n переходы: резкий или плавный, симметричный или несимметричный и т.д.

Основное свойство p-n перехода – несимметричная электропроводность. P-n переходы используются в большинстве полупроводниковых приборов. Получение двухслойной структуры с областями p и n типа, один из слоев имеет большую концентрацию, чем другой.

Электронные процессы в p-n переходе в отсутствии внешнего напряжения.

Рассмотрим два находящихся в контакте образца германия с дырочной и электронной проводимостями. Граница раздела образцов плоская, в месте соединения контакт идеальный. Кроме основных носителей заряда существуют неосновные, которые воссоздаются путем перехода из основного состояния валентной зоны в зону проводимости. Концентрация неосновных носителей Np=10-9 см-3, Pn=1013 см-3.Из-за разности концентраций основных носителей зарядов из области высокой в область низкой концентрации.

Iдиф =Iдиф р +Iдиф п ≈Iдиф р Pp>>Nn

В результате диффузии основных носителей происходит перераспределение заряда, прилегающий к контакту слой дырочной области полупроводника возникает отрицательный пространственный заряд, ионизированный акцептор, который не скомпенсирован зарядом дырок; в электронной области возникает положительный пространственный заряд. Наличие объемного заряда – главная особенность p-n перехода.

За счет ухода основных носителей из первого слоя и их рекомбинацией в другом, возникает область объединения подвижными основными носителями заряда и обладающим высоким сопротивлением. Эта область называется запирающий слой.

Электрическое поле, возникшее внутри запирающего слоя вызывает направленное движение носителей через переход. Диффузия носителей приводит к росту электрического поля и величины перепадов потенциала (потенциального барьера). В p-n переходе при этом растет дрейфовый ток. Рост тока прекращается, когда суммарный ток равен 0.

Iдиф =-Iдр

Iа =Iдиф –Iдр =Iдиф р +Iдиф п –Iдр п –Iдр р =0

Равенство состояний тока создается установление соответствующего потенциального барьера. Высота контактной разности потенциалов зависит от соотношения концентраций носителей заряда одного знака по обе стороны перехода, а определяется:

Фо=Фт*ln(Pp/Pn)= Фт*ln(Nn/Np), Фт=k*T/q

Высота барьера зависит от температуры.

Тема: Процессы в p-n переходе при наличии внешнего напряжения.

Если двухслойный полупроводник включить в цепь и приложить к нему прямое напряжение Ua, то напряжение практически все оказывается приложенным к участку с наименьшим сопротивлением. Из-за встречного направления внутреннего и внешнего полей результирующая напряженность поля в запирающем слое снижается и высота потенциального барьера становится равной 0: Ф=Ф0-Ua.

В результате возрастает количество носителей, обладающих энергией достаточной для преодоления потенциального барьера и увеличивается диффузионный ток через переход. Дрейфовый ток, создаваемый потоками неосновных носителей заряда, подходящих из приграничных слоев к p-n переходу остается без изменения. Разность диффузионного и дрейфового токов определяют результирующий прямой ток: I=I диф -I др

Уменьшение потенциального барьера облегчает переход основных носителей заряда под действием диффузии через границу раздела в соседние области, что приводит к увеличению диффузионного тока через переход. Потенциальный барьер измеряется долями вольта, поэтому для протекания прямого тока достаточно приложить напряжение в доли вольта. Результирующее напряжение приводит к уменьшению объемного заряда и снижению запирающего слоя.

При подключении к p-n переходу источника внешнего напряжения в обратном направлении, потенциальный барьер увеличивается на величину приложенного напряжения Uв и становится равным: Ф=Ф0+UВ.

При этом увеличивается объемный заряд в p-n переходе и его ширина. Возросший потенциальный барьер затрудняет прохождение через переход основных носителей заряда, впоследствии чего диффузионный ток уменьшается, а дрейфовый можно считать неизменным. Однако теперь он превышает диффузионный ток. Ток через переход протекает в обратном направлении.

При обратном подключении преобладающую роль имеет дрейфовый ток. Он имеет небольшую величину, так как создается неосновных носителями заряда. Этот ток называется обратным:

I=I др-I диф.

Величина обратного тока практически не зависит от приложенного напряжения. Для неосновных носителей потенциальный барьер отсутствует. Неосновные носители втягиваются полем в переход и быстро преодолевают его (явление экстракции).

Увеличение обратного тока наблюдается за счет уменьшения диффузионной составляющей тока. Основные носители заряда не способны преодолеть потенциальный барьер в связи с чем Iдиф=0. Этим объясняется отсутствие роста обратного тока при увеличении Uобр.

Составляющая дрейфового тока создается неосновными носителями. Обратный ток, создаваемый неосновными носителями заряда зависит от их концентрации в p и n слоях, а так же рабочей поверхности p-n перехода. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда является функцией, зависящей от температуры, обратный ток диода также зависит от температуры, поэтому его иногда называют тепловым.

Таким образом при протекании прямого тока через p-n переход из электронной области в дырочную происходит инжекция электронов, а из дырочной области инжекция дырок. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально:

Кроме диффузионного тока, прямой ток содержит ток проводимости, протекающий в обратном направлении:

 

 

Полупроводник имеет емкость, которая в общем случае определяется как отношение приращения заряда к приращению падения напряжения на нем: C=dQ/dU

Емкость перехода зависит от значения полярности внешнего приложенного напряжения. При обратном напряжении при переходе эта емкость называется барьерной и определяется как:

 

Теоретически барьерная емкость может существовать и при прямом переходе, однака она шунтируется низким дифференциальным сопротивлением. При прямом смещении значительно большее влияние оказывает дифференциальная емкость, которая зависит от значения прямого напряжения и жизни неосновных носителей:

Эта емкость не связана с током обратного смещения, но дает такой же сдвиг фазы между током и напряжения, как и обычный ток. Полная емкость: С=Сдиф+Сбар. Для обратного смещения Сдиф отсутствует. С=Сбар.

Тема: Полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод – это прибор, имеющий два выхода и один p-n переход.

Диоды бывают: выпрямительные, специальные.

В зависимости от величины и формы переменного напряжения, они делятся на ВЧ, НЧ, импульсные и др.

Конструктивно выпрямительные диоды делятся на плоскостные и точечные.

Материалом для диодов служит кремний и оксид бария, германий применяют редко.

Силовые диоды характеризуются набором статических и динамических характеристик.

Статические параметры: падение напряжения при некотором значении прямого тока, обратный ток при некотором значении обратного напряжения, среднее значение прямого тока.

Динамические параметры – это его временные характеристики: время нарастания прямого тока – tнар, время восстановления обратного напряжения – tвос, предельная частота диода – fmax.

Tвос – основной параметр диода, характеризующий их инерционные свойства. Оно определяется переходом диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение.

Напряжение на выходе в момент времени =0 скачком приобретает положительное значение максимального напряжения. Из-за инерционности диффузионного процесса ток в диоде появляется не мгновенно, а нарастает в течении времени tнар. Совместно с нарастанием тока, в диоде снижается напряжение, которое после tнар становится равным Uпр. В момент времени t1 в цепи устанавливается стационарный режим, при котором ток диода определяется: i=Iи≈Um/Rn

Это сохраняется до t2, когда полярность напряжения меняется. Однако заряды накопленные на границе p-n перехода какое-то время поддерживаю диод открытым, но направление тока диоде меняется на противоположное. После времени рассасывания начинается процесс выключения диода, то есть процесс восстановления его запирающих свойств.

К моменту t3, напряжение на диоде =0, и в дальнейшем приобретает отрицательное значение. Процесс восстановления запирающих свойств диода продолжаентся до t4. К этому времени ток в диоде =0, а напряжение достигает –Umax. Таким образом время tвос считают от перехода напряжения через 0 до достижения тока диода нулевого значения. Процесс выключения диода не является идеальным квантилем и в определенных условиях обладает проводимостью обратного направления.

Время рассасывания:

Время восстановления обратного напряжения на диоде:

Мощность на диоде резко увеличивается при его включении и особенно при его выключении, следовательно, потери в диоде увеличиваются с повышением частоты. При работе диода при низкой частоте и гармонической форме напряжения питания импульсы тока большой амплитуды отсутствуют, и потери в диоде снижаются.

При изменении температуры корпуса диода, меняются его параметры, что необходимо учитывать при разработке оборудования. Наиболее сильно зависят обратный ток и прямое напряжения. ТКН (температурный коэффициент напряжения) имеет отрицательное значение, так как при увеличении температуры, напряжение на диоде падает. Обратный ток имеет прямую зависимость и имеет положительный коэффициент.

Потери в выпрямительных диодах6

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Тема: полупроводники | 
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 539; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.022 сек.