Золотая педагогика

Примеры полупроводниковых приборов

Страница 3

Если к p-n-переходу приложено напряжение положительной полярности – U (прямое напряжение), оно вычитается из контактного напряжения U0. Суммарное напряжение на переходе уменьшается и становится равным –(U0– U). Потенциальный барьер, препятствующий диффузионному току, уменьшается, что вызывает увеличение диффузионного тока. Следует иметь в виду, что, несмотря на небольшую величину контактного напряжения U0≈0.5 – 1В., изменить знак напряжения на переходе с помощью противоположного по знаку внешнего напряжения невозможно. Уменьшение разности (U0– U) приводит к резкому росту диффузионного тока через переход, который задолго до нулевой величины этой разности становится столь большим, что расплавляет области перехода. Из этого следует, что величина дрейфового тока через переход, определяемая полярностью напряжения на переходе и формулой (3.2), не зависит от внешнего напряжения.

Результирующий ток перехода, равный разности диффузионного и дрейфового тока, выражается т.н. формулой Шокли:

(1.6)

На рис.1.2 показан график данной зависимости в крупном масштабе и микроскопическом масштабе вблизи нулевых отметок шкал. Формула Шокли выражает вольтамперную характеристику (ВАХ) перехода – зависимость тока от напряжения. Налицо односторонняя проводимость p-n перехода. Отрицательные напряжения на переходе вызывают очень малый дрейфовый ток, в то время как положительные напряжения – сильный диффузионный ток.

Если заменить в формулах (1.4, 1.5) контактное напряжение –U0. на сумму контактного и внешнего (U0– U), легко определится влияние внешнего напряжения на толщину перехода и его электроемкость.

, (1.7)

В случае отрицательного внешнего напряжения оно, суммируясь с контактным, может в широких пределах изменять толщину перехода и его электроемкость. Ниже мы увидим, что данные эффекты имеют практическое использования для управления электропроводностью и получения конденсаторов с регулируемой емкостью.

Пробой p-n-перехода – это явление резкого увеличения обратного тока перехода при увеличении обратного (отрицательного) напряжения на нем. Формула Шокли не отражает явления пробоя. Она справедлива только при небольших величинах обратного напряжения. График реальной ВАХ p-n-перехода показан на рис.1.3. Если обратное напряжение приближается к величине пробивного напряжения (Uпр) обратный ток диода, который при небольших напряжениях, практически, незаметен, начинает резко возрастать. Причиной этого являются два механизма, получившие названия туннельный пробой и лавинный пробой.

Туннельный пробой характерен для тонких переходов, у которых вследствие больших концентраций донорной и акцепторной примесей толщина перехода w мала. Поскольку суммарное напряжение (U0–U) приложено к тонкой области объемного заряда, напряженность электрического поля Е=(U0– U)/w оказывается весьма большой и вызывает туннельное проскакивание свободных носителей заряда через эту область. В результате возникает большой обратный ток. Подбирая концентрации примесей Na, Nд, можно получать нужные значения пробивного напряжения в диапазоне от нуля (рис.1.4а) до нескольких вольт (рис.1.3). При очень высоких концентрациях примесей можно даже получить положительные значения пробивного напряжения. В этом случае ВАХ перехода, показанная на рис.1.4б, приобретает участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Механизм лавинного пробоя p-n-перехода характерен для толстых переходов и позволяет получить большие величины Uпр – десятки и даже сотни вольт. Лавинный переход состоит из слабо легированных областей. Свободные носители, ускоряясь в области объемного заряда под действием поля (U0– U) могут приобрести энергию, достаточную для освобождения электронов из атомов кристаллической решетки. Порожденные таким образом пары электрон-дырка также разгоняются полем (U0– U) и могут вызвать следующую генерацию свободных носителей и т.д. Размножение свободных носителей в области объемного заряда происходит лавинообразно, что приводит к резкому увеличению обратного тока.

Страницы: 1 2 3 

Еще по теме:

Животные Антарктики
Морской леопард — вид настоящих тюленей, обитающий в субантарктических регионах Южного океана. Своё название получил благодаря пятнистой шкуре, а также из-за весьма хищного поведения. Морской леопард питается главным образом теплокровными позвоночными, в том числе пингвинами и молодыми тюленями. У ...

Категории

© 2018 Copyright www.sotbay.ru