Обратное включение p-n перехода.

Электроника и микроэлектроника.

Галев Александр Викторович

Литература:

1. Опадчий Ю.Ф. Гуров… Аналоговая и цифровая электроника (полный курс). Изд. Горячая линия-телеком 2003 г.

2. Прянишников В.А. Электроника – полный курс лекций СПб Корона Принт 2004 г.

3. Гусеев Электроника и микропроцессы техники. Москва, Высшая школа 2008 г.

4. Пасынков В.В. Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб. Изд. Лань 2006 г.

Введение.

Электроника – наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов и ионов) с электромагнитными полями и методах создания электрических приборов и устройств (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых (п/п)) использующихся в основном для передачи, обработки и хранения информации.

Возникла в начале 20 в. (ламповый диод 1904 г. Джон Флеминг – Англия, ламповый триод 1906 г. Ли Де Фостер – США, ламповый генератор sin колебаний 1913 Мейснер – Германия, супергетеродин 1917 г.).

1919 г. Впервые в мире амплитудная модуляция, т.е. голос в эфире.

Обратное включение p-n перехода.

Включение, при котором к p-n переходу приложено внешне напряжение U_обр обратной в фазе с контактной разностью потенциалов называется обратным. (Рис 13.а).

Под действием внешнего электрического поля основные носители оттягиваются от приграничных слоев вглубь п/п. это приводит к расширению p-n перехода.

U_обр

h”>h экстракция

Диффузионный ток уменьшается, Для неосновных носителей потенциальный барьер отсутствует, поэтому они втягиваются в переход за счет электрического поля и быстро его преодолевают, движение неосновных носит через p-n переход при включении U_обр называется экстракцией. При таком включении определяющую роль играет дрейфовый ток, который мал, поскольку создается неосновными носителями. Он называется обратным, и определятся как:

Величина I_обр практически не завис от U_обр, поскольку в единицу времени количество генерируемых пар электрон - дырка при постоянной температуре неизменна.

I_обр на несколько порядков меньше I_пр, поскольку концентрация неосновных носителей на 3 и более порядка меньше основных. Это определяет выпрямительные (вентильные) свойства p-n перехода, т. е. способность пропускать ток только в одном направлении.

Гетеро переходы

Это p-n переход, образованный в результате контакта п/п – ов с различной шириной запрещенной зоны, например Ge-GaAs. Энергетическая диаграмма p-n гетеро перехода, у которого ширина запрещенной зоны р п/п меньше, чем n приведена на рис 13-1.

Ее особенность - разрыв энергетических уровней в валентной зоне и зоне проводимости за счет разных DE₁ DЕ₂.

Отсюда потенциальные барьеры для е и дырок различны. Поэтому для е в зоне проводимости он меньше, чем для дырок в валентной зоне. Поэтому при включении U_пр на переход (+ подключается к р, - подключается к n области) потенциальный барьер для е уменьшается и она инжектирует из n в р область. Для дырок потенциальный барьер так же уменьшится, но остается достаточно большим (при малых U_пр) и поэтому инжекции дырок из р в n практически не будет. В итоге инжекция происходит только в одну область, что важно для высококачественной работы п/п приборов. (повышение быстродействия). При переключении прибора из прямого в обратное в нем не будет происходить относительно медленного рассасывания неосновных носителей (как в обычных p-n переход), поэтому время переключения существенно уменьшается.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода.

Это зависимость тока, протекающего через p-n переход от величины и полярности приложенного напряжения. Аналитическое выражение для ВАХ:

I_{обр нас} –обратный ток насыщения p-n перехода.

U – Напряжение, приложенное к p-n переходу (+ или -) Характеристика, основанная на этом выражении (рис 14) имеет 2 характерных участка.

Здесь 1-участок соответствующий напряжению U_пр, а 2 – U_обр.

Дата добавления: 2015-11-26