Ток насыщения

Тепловой ток или ток насыщения I ₀ обусловлен тепловой генерацией электронно-дырочных пар атомами собственных полупроводников в областях, примыкающих к p-n переходу на расстоянии, равном длине диффузии

Механизм образования теплового тока иллюстрируется рис. 6, на котором обозначено: l обр – ширина обратносмещенного p-n перехода; S×L_n – объем диффузии в полупроводнике p-типа неосновных носителей заряда – электронов; S×L_p – объем диффузии в полупроводнике n-типа неосновных носителей заряда – дырок.

Ток I ₀ не зависит от величины обратного напряжения, а зависит от материала полупроводника, температуры окружающей среды, степени легирования полупроводников.

Следует отметить, что ток насыщения I ₀ кремниевых p-n переходов много меньше обратного тока германиевых p-n переходов. Это связано с различием ширины запрещенной зоны: D W з _{G e} = 0,72 эВ; D W з _{S i} = 1,12 эВ. Ток насыщения определяется неосновными носителями заряда примесного полупроводника. Так, например, в полупроводнике n-типа это дырки – p_n, которые определяются в соответствии с законом действующих масс: p_n = n_i²/n_n» n_i²/N _Д Известно, что
n_{i G e}» 10¹³см^-3, а n_iSi» 10¹⁰см^-3, и при равной концентрации примеси получаем, что концентрация неосновных носителей заряда в кремниевом полупроводнике на шесть порядков меньше, чем в германиевом примесном полупроводнике, а это приводит к значительной разнице значений тока насыщения.

Рис. 6. Образование тока насыщения

Влияние температуры на тепловой ток можно пояснить, используя выражение

.

Из этого выражения следует, что при увеличении температуры тепловой ток возрастает экспоненциально, то есть увеличивается в два раза при изменении температуры на каждые десять градусов Цельсия.

Например, при T ₁ = +20° С ток I ₀₁ = 10 мкА, а при T ₂ = +50° C он определится из соотношения

,

то есть при изменении температуры на D T = +30° C тепловой ток возрастает в восемь раз.

Влияние концентрации примеси в примесных полупроводниках, образующих p-n переход, прослеживается при рассмотрении закона действующих масс применительно к определению концентрации неосновных носителей заряда. С ростом концентрации примеси N _А, N _Д в p- и n-областях уменьшается концентрация неосновных носителей, что ведет к уменьшению теплового тока.

Дата добавления: 2014-01-20