ВАХ диода

ВЗ

W,U X

ej_K

ej_0p ej₀ W_с

W_Ф

ЗП ВЗ W_В

L

В этом случае электроны переходят из Ме в п/п, создавая ЗС, поскольку в p-п/п уменьшается концентрация дырок. При подключении прямого напряжения сопротивление ЗС уменьшается, при подключении обратного – увеличивается.

Из-за изменения сопротивления ЗС при подключении напряжения данный переход обладает выпрямляющими свойствами.

Если ej_0p >> ej₀, то может возникнуть инверсный слой в p-п/п, т.е. слой с электронной проводимостью.

Если ej_0p < ej₀, то электроны из п/п переходят в Ме, в п/п образуется избыточная концентрация дырок, и слой будет иметь более высокую проводимость, чем п/п – контакт антизапирающий (омический).

Пробой p-n-перехода.

Пробоем p-n-перехода называется резкий рост обратного тока через переход при приложении обратного напряжения.

Виды пробоя:

· Лавинный пробой ЛП

· Полевой пробой ПП

· Тепловой пробой ТП

ЛП: развивается в p-n-переходе, образованном слаболегированным п/п (ширина ЗС большая).

Если приложить большое обратное напряжение, то суммарная напряжённость в ЗС велика, так что неосновные носители, проходя через p-n-переход, приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов п/п.

При этом дырки и электроны по пути через ЗС образуют новые пары подвижных носителей заряда, которые в свою очередь разгоняются в поле и ионизируют новое поле и т.д.

Т.е. в ЗС развивается лавина подвижных носителей и обратный ток резко увеличивается. Характеризует этот процесс коэффициент умножения, который определяется по формуле:

где N₁ – количество электронов, поступивших в p-n-переход

N₂ – количество электронов, ионизированных электронами

N’₂ – количество электронов, ионизированных дырками.

Важной характеристикой пробоя является обратное напряжение.

А, a - коэффициенты, которые зависят от материала и от типа проводимости.

Для ЛП характерен резкий рост обратного тока при незначительном увеличении обратного напряжения.

I

U_ЛП U

ПП: этот пробой характерен для переходов, образованных п/п с меньшим, чем ранее удельным сопротивлением.

При сильном э.п. = (2-5) 10⁷ В/м возникает условие для ионизации атомов п/п фанонами или др. частицами.

Фанон – это энергия колеблющихся атомов.

Величина пробивного напряжения зависит от r - удельного сопротивления n- и p-п/п Ge:

При значительной величине r напряжение ПП больше, чем напряжение ЛП, и в переходе возникает ЛП.

Характеристика ветви ПП такая же, как и ЛП.

ТП: возникает в результате разогрева p-n-перехода обратным током большой величины.

Если количество джоулевого тепла, выделяемого в переход, больше, чем количество тепла, отводимого от перехода, то температура перехода возрастает и возрастает число носителей заряда, переход разогревается.

Напряжение U_ТП зависит от величины I_обр, сопротивления p-n-перехода, от условий теплоотвода и от температуры окружающей среды.

Зависимость I_обр от U_пр имеет вид:

I

U

ТП может наступить за счёт увеличения обратного тока при ЛП или ТП.

Ёмкости p-n-перехода

ЗС, образованный в p-n-переходе двумя слоями разноименно зарядов, может быть представлен эквивалентным плоским конденсатором с емкостью С:

S – площадь перехода

2L – ширина ЗС

Из анализа, проведённого ранее для p-n-перехода, видно, что концентрация объёмного заряда в приконтактной области изменяется в зависимости от внешнего напряжения.

При U_обр ширина ЗС увеличивается. Меняется при этом и распределение зарядов. Ёмкость, обусловленная наличием зарядов в ЗС в условиях равновесия и при подаче U_обр , называется барьерной или зарядной ёмкостью.

Изменение объёмных зарядов происходит и при подключении U_пр за счёт инжекции неосновных носителей.

Ёмкость, обусловленная такими изменениями заряда, называется диффузионной.

Барьерную ёмкость рассмотрим на примере несимметричного p-n-перехода (N_а>N_д).

ЗС лежит в основном в n-п/п. Ширина ЗС:

При подключении обратного напряжения ЗС расширяется.

При данном условии 2L=L’’

Диффузионная ёмкость – может быть определена, как отношение изменения величины инжектированных зарядов к изменению напряжения на переходе.

I – I_пр через переход

t - время жизни неосновных носителей.

Полупроводниковые диоды

Устройство и классификация п/п диодов

П/п диод представляет собой несимметричный p-n-переход, к которому припаяны выводы. Вся система помещена в корпус, который может быть изготовлен из Ме, керамики или стекла. Обычно пластины n-п/п служат базой, а слой высоколегированного p-п/п служит эмиттером.

Получение p-n-перехода:

1. Сплавные (пластина n-п/п + таблетка акцепторного вещества, нагревают, расплавляют. В процессе остывания на границе п/п получают акцепторный кристаллический слой, насыщенный атомами акцептора). Выводы припаиваются к области p-n и затем структура устанавливается в корпус.

2. Диффузионный (пластина n-п/п помещается в ёмкость, в которой имеются пары акцептора, и выдерживают определённое время. Атомы диффундируют в n-п/п и на поверхности образуется слой, обогащённый акцепторами; затем пластину разрезают на отдельные кристаллы).

3. Получение мезоструктур (в пластине протравливают каналы).

4. Планарный метод (на пластине создают защитный рисунок, затем проводят диффузию легирующего вещества).

При первом методе получается резкий p-n-переход, при остальных – плавный.

Физические процессы, рассмотренные в идеальном p-n-переходе, являются физическими процессами, протекающими в идеальном диоде. Но реально на физические процессы влияет целый ряд факторов, которые не учитываются при рассмотрении идеального p-n-перехода. Поэтому ВАХ реального диода отличается от ВАХ идеального p-n-перехода.

Дата добавления: 2014-12-07