Вольтамперная характеристика (ВАХ) реального электронно-дырочно! о перехода

При выводе ВАХ идеализированного /7-«-перехода учитывались лишь самые главные физические эффекты: инжекция, экстракция не­основных носителей заряда и их диффузия в нейтральных областях, прилегающих к переходу. В реальных /^-«-переходах, кроме указан­ных, наблюдаются другие физические эффекты, влияющие на ВАХ.

6.5,1. Прямая ветвь ВАХ. На прямую ветвь ВАХ оказывала влияние следующие процессы:

1) Рекомбинация основных носителей в переходе.

2) Изменение сопротивления базы.

Рекомбинация носителей заряда происходит не только в ней­тральных областях полупроводника, но и в области р-«-перехода.

Некоторые основные носители (электроны из «-области). во­шедшие в обедненный слой, но не имеющие достаточной энергии дл* преодоления потенциального барьера, могут быть захвачены рекоМ' бинационными ловушками и рекомбинировать с носителями, прихо­дящими таким же образом из другой области (дырки из р-области Реколшинация электрона и дырки в самом переходе означает лояв-'К'' ние дополнительного тока рекомбинации I_m, противоположного г* направлению.

J

\

I

fii___________________________

< ¹0>'

Фл„

ф*

Рис. 6.17. Процессы рекомбинации в переходе

Приложение к переходу прямого напряжения ведет к пониже- _Hgjo потенциального барьера и к увеличению концентрации основ­ных носителей в области перехода. В результате этого усиливается рекомбинация, так как носители, не способные преодолеть барьер, проникают в переход гораздо глубже (рис. 6.17).

При этом электроны уходят из «-области, а дырки из р-области. Вследствие такого движения возникает дополнительный прямой ток, называемый током рекомбинации!_нкс.

Полный прямой ток складывается из тока инжекции, определяе-

и

-1

и тока рекомбинации. Следо-

МОП) по формуле (6.28) I = 1₀

вательно, в реальных переходах прямой ток больше, чем в идеализи­рованном.

Ток рекомбинации определяется по формуле:

(Лф₀-Г/)-т ^гДет- время жизни носителей в переходе.

и

IR1IC ~

(6.35)

Отношение значений тока рекомбинации и тока инжекции зави- ^сит °т ширины запрещенной зоны, чем она больше, тем меньше ток "вжекции I.

Поэт.

В полупроводниках с большой шириной запрещенной зоны (Si) ^-за большой высоты потенциального барьера инжекция затруднена.

'ому в них прямой ток, при малых U _ПР, будет определяться то­
ком рекомбинации. Но при увеличении прямого напряжения ток иц- жекции возрастает более резко и превышает ток рекомбинации.

Сопротивление базы. При выводе В АХ идеализированного р-н-перехода сопротивление базы принимали равным нулю. В реаль­ных переходах оно составляет десятки и сотни Ом. При этом внешнее напряжение будет распределяться между обедненным слоем (перехо­дом) и базовой областью и_к = / -г_г>. Тогда в (6.28) и (6.32) вместо ве­личины U нужно подставить (U -I г,-):

+ (6.36)

j

f

Ф.-'-'ь)

/ = /„ С- * -1; U - ф _у 1п

При малых прямых гоках вторую составляющую I -r_F можно не учитывать. Однако с увеличением прямого тока падение напряжения и_Е -1 ■ г_!; может превысить падение напряжения на р-н-переходе, так как напряжение и_н растет линейно, а напряжение на переходе U- ло­гарифмически, и на ВАХ появится квазилинейный (омический) уча­сток.

Определим значение тока, при котором наступает вырожде­ние экспоненциальной характеристики. Условием вырождения явля­ется: г_оиф = г_Б, так как в этом случае при изменении тока на величину

Д/ получаются одинаковые приращения AU и ДU_H. Используя

Фт

формулу (6.33), получим условие начала вырождения: 1_И = —. Оми­

ческий участок может составлять значительную рабочую часть ВАХ.

/

h

Шеатп. BAY

Реал. ВАХ

Рис. 6.17. Влияние сопротивления базы при прямом смещении

щ При высоком уровне инжекции (6.23) наблюдается эффект мо- йгЯЯЦИИ сопротивления базы, т.е. уменьшение сопротивления (в 2 - 3 с ростом тока из-за увеличения концентрации носителей заряда

,>базе.

6.5.2. Обратная ветвь ВАХ. В реальных ^-«-переходах обрат­ив ток не остается постоянным и равным /₀ (как следует из 6.28), он всегда растет с увеличением обратного напряжения.

Основными причинами отличия обратной ветви реальной ВАХ _оТ идеализированной являются:

1) процессы термогенерации носителей в переходе;

2) поверхностные утечки;

3) пробой перехода.

Генерация носителей в переходе. В реальных ^-«-переходах при обратном напряжении электроны и дырки, образующиеся в обед­ненном слое вследствие термогенерации, движутся в электрическом пСЙе в противоположных направлениях: электроны - в сторону п- области, а дырки - в /^-область. Дрейфовое движение этих носителей образует ток генерации 1₀.

Электрическое поле существует и в равновесном состоянии при U=0; обратное напряжение лишь усиливает это поле; ток генерации компенсируется равным ему током рекомбинации. В неравновесном состоянии взаимная компенсация токов нарушается: при (/<0 прева­лирует ток генерации 1_а, так как высота потенциального барьера увеличивается и проникновение носителей в переход с последующей рекомбинацией затрудняется, а при U>О превалирует ток рекомбина­ции.

Е

'г,				'О
<—	|^р <	-I- -—	> 1)
-			>

Дата добавления: 2015-11-26