ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.03.2024
Просмотров: 90
Скачиваний: 0
|
|
|
|
|
|
pn0Dp |
|
|
|
np0Dn |
|
|
U çâ |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
jçâ q ( |
|
|
) (e |
1) . |
|
(1.28) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|
|
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Об’єднавши вирази (1.27) та (1.28), одержимо загальний |
||||||||||||||||||||||||||||
вираз для густини струму через p-n перехід |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
j j |
s |
(e T |
1) , |
|
|
|
|
|
|
(1.29) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
де U – прикладена до переходу напруга; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
js q ( |
pn0Dp |
|
np0Dn |
) |
густина струму насичення. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
Lp |
|
|
|
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Якщо П – площа переходу, то шукане рівняння |
||||||||||||||||||||||||||||
теоретичної ВАХ має вигляд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
pn0Dp |
|
np0Dn |
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|||||||||||
I j Ï qÏ |
( |
|
) (e T 1) |
I |
S |
(e T |
1) . |
(1.30) |
||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Lp |
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
У цьому |
|
рівнянні |
U 0 |
при |
прямому |
включенні |
||||||||||||||||||||||
p-n переходу, |
|
U 0 |
– |
|
при |
зворотному, |
IS – |
струм |
||||||||||||||||||||
насичення.
Теоретична ВАХ переходу за формулою (1.30) подана на
рис. 1.12. При збільшенні зворотної |
напруги |
U çâ |
|
струм |
||||||||||||||
через перехід |
|
прямує |
до |
граничного |
значення |
IS , |
якого |
|||||||||||
досягне при U çâ 0,1 0, 2 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Вважаючи, що всі атоми домішок іонізовані, |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
n2 |
|
|
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
i |
|
, n |
p |
|
i |
|
і p |
p |
N |
A |
, n N |
Ä |
, |
|
||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
||||
0 |
nn |
|
|
0 |
|
p p |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а також враховуючи формулу (1.1), одержимо для струму насичення
29
|
|
|
Dp |
|
D |
) A2 |
|
W |
|
|
I |
s |
qÏ ( |
|
|
n |
e |
kT . |
(1.31) |
||
Lp N Ä |
Ln N A |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I
IS
U
Рисунок 1.12 – Теоретична ВАХ p-n переходу
З формули (1.31) видно, що чим більші ширина ЗЗ W і концентрація домішок донорів і акцепторів, тим менший струм насичення. Цей струм із зростанням температури зростає.
1.2.5 Параметри p- n переходу
До параметрів p-n переходу належать його товщина та ємності.
Товщина переходу
Розглянемо p-n перехід з товщиною (рис. 1.13). Ця величина складається з товщини переходу в р-області p та
товщини переходу в n-області |
n |
і визначається за |
|||||||||||||
формулою |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
n |
|
2 0 |
( |
1 |
|
1 |
)(U |
|
U ) , |
(1.32) |
||
|
|
|
K |
||||||||||||
|
|
|
|
q |
N Ä |
N À |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
де 0 8,85 10 12 Ф/м - електрична стала;
30
- відносна електрична проникність ( 12 для кремнію, 16 для германію);
UK - контактна різниця потенціалів;
U - прикладена зовнішня напруга.
δp |
δn |
p |
n |
|
δ |
Рисунок 1.13 – P-n перехід при N A N Ä
З формули (1.32) випливає, що товщина переходу залежить від ступеня легування областей НП (від концентрацій домішок) і від прикладеної напруги.
Чим вища концентрація домішок областей N A і N Ä , тим вужчий перехід. Для величин p та n існує закономірність
|
p |
|
N Ä |
, |
(1.33) |
|
n |
N A |
|||
|
|
|
|
||
тобто товщини p-n переходу в області |
р і області n |
||||
обернено пропорційні концентраціям домішок цих областей. Якщо N A >> N Ä , тоді з (1.32) маємо
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
2 0 |
1 |
(UK U ) . |
(1.34) |
||||
q |
|
|
|
N Ä |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Аналогічно при N A << N Ä |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
p |
2 0 |
1 |
(UK U ) . |
(1.35) |
||||
q |
|
|
|
NÀ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
31
З формули (1.32) випливає, що збільшення прямої зовнішньої напруги U на переході (UK U ) приводить до
зменшення його товщини. Фізично це зумовлено тим, що при прямому включенні основні носії заряду змушені рухатися в напрямку від невипрямних контактів до збідненого шару переходу, збагачуючи його. Опір переходу зменшується, сам перехід звужується (рис. 1.14 а).
+ p |
n |
p |
n |
+ |
|
а) |
|
б) |
|
Рисунок 1.14 – Вплив напруги U на товщину переходу |
||||
Збільшення |
зворотної |
напруги |
на переході |
(U K U ) |
приводить до збільшення його товщини. У цьому випадку основні носії заряду зміщуються в різні сторони від p-n переходу, і збіднений шар ще більше збіднюється на
рухомі носії, його опір збільшується, а перехід розширюється (рис. 1.14 б).
Ємності переходу
Залежно від фізичної природи заряду, що змінюється в переході, розрізняють бар’єрну та дифузійну ємності.
Бар’єрна (зарядова) ємність визначається зміною нескомпенсованого заряду іонів при зміні товщини запірного шару під дією зовнішньої напруги. Ідеальний p-n перехід нагадує плоский конденсатор, пластинами
якого є нейтральні низькоомні області НП. Отже, при використанні формули (1.32) бар’єрна ємність дорівнює
Cáàð |
0 |
Ï |
Ï |
|
0qN AN Ä |
|
. (1.36) |
|
|
2(N A N Ä )(UK U ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
32
З (1.36) випливає, що бар’єрна ємність збільшується при зростанні N A і N Ä , а також при зростанні прямої напруги.
При зростанні зворотної напруги бар’єрна ємність зменшується. Характер залежності Cáàð f (U) показано на
рисунку 1.15.
Cбар
C0
U зв |
0 |
U K |
Uпр |
|
Рисунок 1.15 – Вольт-фарадна характеристика р-n переходу
Дифузійна ємність зумовлена здебільшого процесами інжекції. Зміну заряду неосновних носіїв відносно рівноважного рівня біля переходу при зміні прямої напруги можна розглядати як прояв деякої ємності:
C |
dQ³í æ |
, |
(1.37) |
|
|||
äèô |
dUï ð |
|
|
|
|
|
де Q³í æ - величина інжектованого заряду.
Величина цієї ємності може бути розрахована за формулою
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uï ð |
|
|
C |
|
|
qÏ |
(L n |
p |
L |
p |
p )e T |
. |
(1.38) |
||
|
|
|||||||||||
äèô |
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|||
|
|
|
|
T |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Як правило, |
при |
прямому |
ввімкненні |
p-n переходу |
||||||||
враховується лише дифузійна ємність, тому що бар’єрна ємність становить одиниці пікофарад, а дифузійна – десятки нанофарад.
33
