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)

Внешнего электрического поля




Электронно-дырочный переход под воздействием

Наибольший практический интерес представляет случай, когда равновесие p-n перехода нарушается подачей внешнего напряжения.

Если внешнее напряжение приложено минусом к p области и плюсом к n области (рис. 18.5, а), то оно совпадает с контактной разностью потенциалов ∆ j0. Это приводит к увеличению результирующего поля в запирающем слое, увеличению сопротивления этого слоя и росту потенциального барьера до значения

∆φ1 = ∆j0 + Uобр. (18.8)

Диффузия основных носителей через p-n переход уменьшается, а при определенном значении Uобр может полностью прекратиться. Такое напряжение называется обратным. Обратным называют и включение p-n перехода. При обратном включении поле p-n перехода втягивает все подошедшие к нему собственные носители, и через переход протекает только обратный ток Iо. Так как число собственных носителей (дырок в n области и электронов в p области) мало, то величина обратного тока Iо значительно (на несколько порядков) меньше диффузионного и зависит только от температуры.

Если внешнее напряжение приложено плюсом к р области и минусом к n области (рис. 18.6, а), то оно направлено встречно контактной разности потенциалов ∆ j0, поэтому высота потенциального барьера уменьшается до значения ∆φ2 = ∆φ0 – Uпр (рис. 18.6, б). Такое напряжение называют прямым, а при подаче его на переход говорят, что переход включен (смещен) в прямом направлении.

В результате снижения контактной разности потенциалов в переходе запирающий слой обогащается подвижными носителями, сопротивление его уменьшается. Это приводит к увеличению диффузионного тока, причем, значение тока связано с напряжением на переходе экспоненциальной зависимостью

, (18.9)

где U – напряжение на p-n переходе.

Обратный ток по - прежнему не зависит от приложенного напряжения, определяется только количеством собственных носителей и протекает в противоположном направлении. Результирующий ток называется прямым током p-n перехода и определяется разностью диффузионного и обратного (дрейфового) токов:

. (18.10)

Таким образом, p-n переход обладает резко выраженной односторонней проводимостью, то есть является выпрямляющим. Чем больше прямое напряжение Uпр, прикладываемое к переходу, тем ниже потенциальный барьер, тем меньше сопротивление перехода, тем больше ток основных носителей через переход. Зависимость тока p-n перехода от приложенного напряжения называется вольт - амперной характеристикой. Вольт - амперная характеристика, построенная по (18.10), приведена на рис. 18.7. Так как тепловой потенциал φТ при температуре 300 К равен 25мВ, то уже при U = 0,1В можно считать, что

.

Предельное значение прямого напряжения не превышает контактной разности потенциалов ∆φ0, т. е. измеряется долями вольта. Обратное напряжение ограничивается пробоем p-n перехода. Пробой возникает при достаточно большом (десятки вольт) обратном напряжении Um за счет лавинного размножения собственных носителей и называется лавинным пробоем. Если ток лавинного пробоя не ограничен, то при некотором его значении It пр происходит тепловой пробой. Тепловой пробой разрушает p-n переход.

Вольт – амперная характеристика позволяет определить статическое сопротивление Rст p-n перехода в любой заданной точке. Например, для точки А значение Rст = U1/I1. Дифференциальное сопротивление Rдиф можно определить, воспользовавшись выражением (18.10). Для этого сначала определим дифференциальную проводимость:

,

а затем сопротивление:

(18.11)

Полупроводниковый p-n переход обладает емкостью. Емкость перехода зависит от значения и полярности приложенного напряжения. При обратном напряжении емкость называется барьерной и определяется выражением

, (18.12)

где С(0) – значение емкости при U=0.

При прямом напряжении большее влияние оказывает диффузионная емкость, которая зависит от прямого тока и времени жизни собственных носителей

(18.13)

График зависимости емкости p-n перехода от приложенного напряжения приведен на рис. 18.8.

Наличие емкости приводит к комплексному характеру сопротивления p-n перехода и к зависимости его параметров (в частности, прямого и обратного токов) от частоты.

5. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТИПЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

 

Полупроводниковым диодом называют прибор с одним p –n переходом и двумя выводами для включения в схему. Условное графическое обозначение диода приведено на рис. 18.9, а. На рис. 18.9, б приведена структурная схема диода. Электрод диода, подключенный к p области называют анодом, а электрод, подключенный к n области, – катодом.

Для правильного выбора и применения диодов используют систему

количественных оценок их свойств – параметров. К числу основных параметров относятся

– максимально допустимый средний прямой ток;

– максимальный обратный ток;

– падение напряжения Uпр на диоде при некотором значении прямого тока;

– импульсное обратное напряжение и др.

Большое разнообразие диодов классифицируют по ряду признаков: по функциональному назначению, по конструкции p –n перехода, по технологии изготовления, по предельно допустимой мощности и частоте.

По функциональному назначению все диоды можно разделить на выпрямительные и специальные. В специальных диодах используются различные свойства p-n переходов: явление пробоя (стабилитроны), управляемую емкость перехода (варикапы и варакторы), фотоэффект (фотодиоды), фотонную рекомбинацию носителей зарядов (светодиоды) и др. Условные графические обозначения специальных диодов приведены на рис. 18.10.

В зависимости от частоты и формы применяемого напряжения диоды разделяют на низкочастотные, высокочастотные и импульсные.

 

По конструкции p-n перехода различают плоскостные и точечные диоды. У плоскостных диодов линейные размеры p-n перехода, определяяющие его площадь, значительно больше, а у точечных меньше длины свободного пробега носителей заряда. Плоскостные диоды используются для выпрямления больших токов, а точечные – малых. Для увеличения напряжения лавинного пробоя применяют выпрямительные столбы, представляющие ряд последовательно включенных диодов.

По технологии изготовления p –n перехода диоды разделяют на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные. Сплавные диоды применяют на низких частотах (до 5 кГц), диффузионные – на частотах до 100 кГц, эпитаксиальные – до нескольких МГц.

Особую группу образуют диоды с переходом металл-полупроводник. В месте контакта металла с полупроводником возникает обедненный носителями заряда слой полупроводника, который называют запорным. При обратной полярности внешнего напряжения обедненный слой расширяется, его сопротивление увеличивается, а ток через переход уменьшается. Следовательно, такой контакт металла с полупроводником обладает явно выраженной односторонней проводимостью, то есть является выпрямляющим. Выпрямляющие контакты металл-полупроводник называют переходами с барьером Шотки.

Важнейшей особенностью диодов с барьером Шотки является отсутствие инжекции собственных носителей. Это значит, что у них отсутствует диффузионная емкость, обусловленная накоплением и рассасыванием собственных носителей. Как следствие, существенно повышается быстродействие перехода при его переключениях с одного направления на другое. Поэтому рабочие частоты диодов с барьером Шотки лежат в пределах 3¸15 ГГц.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

 

18.1. Объясните движение носителей заряда с позиций квантовой механики. В чем заключается суть принципа Паули?

18.2. В чем принципиальное отличие между проводником и диэлектриком с точки зрения квантовой механики?

18.3. Почему вещества четвертой группы таблицы Менделеева называют полупроводниками?

18.4. Назовите отличительные признаки полупроводников и металлов.

18.5. Раскройте суть содержания терминов: генерация, регенерация, время жизни носителей заряда.

18.6. Чем отличаются полупроводники p и n типа?

18.7. Определите, во сколько раз концентрация примесных носителей заряда nn больше концентрации собственных носителей n, если в полупроводник с плотностью атомов n0 = 1022 см-3 и шириной запрещенной зоны ∆ = 1,0 эВ введена примесь с параметрами С = 1015 см-3, ∆′ = 0,16 эВ, а температура полупроводника Т = 275º К.

18.8. В сплавном германиевом p – n переходе плотность атомов германия n0 = 4,4·1022 см-3, концентрация акцепторной примеси pp составляет одну стотысячную долю процента, а концентрация донорной примеси nn в 1000 раз больше. Определите величину потенциального барьера ∆φ0 при температуре Т = 300ºК, если плотность ионизированных атомов ni = 2,5·1013 см-3.

18.9. По условию задачи 18.8 определите величину потенциального барьера ∆φ2, диффузионный и прямой ток, если p – n переход находится под прямым напряжением Uпр = 0,15 В, а обратный ток I0 = 1 мкА.

18.10. Вычислите прямое напряжение на p – n переходе, если прямой ток перехода I = 1 мА, обратный I0 = 1 мкА, а температура Т = 300ºК.

18.11. Почему диоды с барьером Шотки имеют высокие допустимые частоты?




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 1012; 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: 0.024 сек.