Файл: Tverdotila_elektronika.pdf

Ємності переходу враховуються при складанні його еквівалентної схеми (рис. 1.16). На схемі r1 - розподілений опір р- та n-областей; rn - поверхневий опір (для струмів поверхневого витоку); rä T / Iï ð - диференціальний опір переходу.

Сбар

Сдиф

Рисунок 1.16 – Еквівалентна схема р-n переходу

34

1.2.6 Реальна ВАХ p- n переходу

Під час розгляду теоретичної ВАХ p-n переходу не

враховувалися термогенерація носіїв у запірному шарі, поверхневі струми витоку, падіння напруги на опорах нейтральних областей НП, а також явище пробою при певних зворотних напругах. Тому реальна ВАХ переходу істотно відрізняється від теоретичної (рис. 1.18).

Пряма гілка ВАХ

I

теор

реал

UК U

A

B

1 2

Рисунок 1.18 - Різниця між реальною та теоретичною ВАХ p-n переходу

При малих прямих струмах реальна і теоретична ВАХ збігаються. При збільшенні Iï ð внаслідок падіння напруги

на розподіленому опорі r1 нейтральних p- та n- областей

напруга на переході зменшується порівняно із зовнішньою, прикладеною до омічних контактів, напругою:

Uï åð Uï ð .

Отже, пряма гілка реальної ВАХ переходу проходить нижче від теоретичної (рис. 1.18):

35

Uï ð I r1

включений у зворотному напрямі, впливає явище генерації носіїв. При зовнішній напрузі U 0 між процесами генерації та рекомбінації у переході встановлюється рівновага. При U U çâ генеровані в переході дірки та електрони

виштовхуються з нього зростаючим полем Ep-n

Це приводить до виникнення додаткового струму генерації Iãåí , який за напрямом збігається зі зворотним струмом.

де 0 - товщина запірного шару.

З формули (1.41) випливає, що відносна роль генераційної складової зворотного струму зі зменшенням власної концентрації електронів ni , тобто зі збільшенням

ширини забороненої зони, а також при зростанні концентрації домішок nn0 .

36

генерації можна знехтувати, то в кремнієвих він є основною складовою зворотного струму. Тому на ВАХ кремнієвих переходів немає ділянки насичення, яка формується за рахунок струму IS .

Струм Iãåí , до того ж, зростає при збільшенні U çâ , тому що товщина p-n переходу, а отже, і опір переходу

пропорційні до величини Uçâ (див. (1.32)).

Складовою зворотного струму є також незначний струм поверхневого витоку Iï â , який викликається неідеальною

обробкою поверхні напівпровідника біля p-n переходу. Таким чином, зворотний струм p-n переходу дорівнює

де I S – струм насичення, зростає при збільшенні зворотної напруги (рис. 1.18). У цьому полягає відмінність зворотної гілки реальної ВАХ від теоретичної, на якій I çâ IS .

При деяких досить великих U çâ на зворотній гілці реальної ВАХ з’являється ділянка пробою p-n переходу.

Явище пробою полягає в різкому зростанні зворотного струму. Існує 4 різновиди пробою: лавинний, тунельний, тепловий та поверхневий.

При лавинному пробої (рис. 1.18, крива 1) відбувається ударна іонізація нейтральних атомів збідненого шару НП неосновними носіями заряду, що розвивають під час вільного пробігу достатню кінетичну енергію. Іонізація приводить до лавинного помноження вільних носіїв і до зростання I çâ . Оскільки умовою лавинного пробою є те, що

довжина вільного пробігу електрона має бути значно

37

меншою від товщини p-n переходу ( Ln ), то такі

пробої найбільш імовірні для широких переходів, коли НП леговано невеликою кількістю домішок.

Тунельний пробій (рис. 1.18, крива 1) виникає у вузьких p-n переходах (при великих концентраціях домішок у НП), коли напруга зовнішнього електричного поля в

кремнію досягає 10 В/см, а в германію 3 105 В/см. Під дією сильного поля валентні електрони вириваються з ковалентних зв’язків, створюються пари “електрон-дірка”, зростає I çâ . Для дуже вузьких переходів величини напруг

пробою можуть бути невеликими.

Тепловий пробій (рис. 1.18, крива 2) спричиняється явищем самоперегрівання НП. Воно полягає у тому, що збільшення I çâ приводить до зростання температури в пере-

ході; це, у свою чергу, зумовлює додаткову термогенерацію носіїв, зростає струм і, нарешті, перехід перегрівається, кристалічна ґратка руйнується. Тому пробій такого виду є незворотним і стає можливим при порушенні режиму охолодження. Ділянка АВ з негативним диференціальним опором зумовлена тим, що збільшення кількості носіїв заряду приводить до зменшення опору p-n переходу і

падіння напруги на ньому.

Поверхневий пробій може виникнути в місцях виходу p-n переходу на поверхню НП, в яких створюється

додатковий електричний поверхневий заряд, що значно спотворює картину поля в переході. Якщо товщина переходу біля поверхні менша від товщини переходу в глибині НП, то поверхневий пробій відбувається при менших напругах, ніж звичайно. Цю особливість необхідно враховувати при виборі захисних покриттів напівпровідникових приладів.

38

39