Материал: Tverdotila_elektronika

1.2.5 Параметри  переходу

До параметрів  переходу належать його товщина та ємності.

Товщина переходу

Розглянемо  перехід з товщиною (рис. 1.13). Ця величина складається з товщини переходу в р-області та товщини переходу в n-області і визначається за формулою

, (1.32)

де Ф/м - електрична стала;

- відносна електрична проникність (  для кремнію,  для германію);

- контактна різниця потенціалів;

- прикладена зовнішня напруга.

Рисунок 1.13 – P-n перехід при

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 і , тим вужчий перехід. Для величин та існує закономірність

, (1.33)

тобто товщини  переходу в області р і області n обернено пропорційні концентраціям домішок цих областей. Якщо >> , тоді з (1.32) маємо

. (1.34)

Аналогічно при <<

. (1.35)

З формули (1.32) випливає, що збільшення прямої зовнішньої напруги на переході 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).

а) б)

Рисунок 1.14 – Вплив напруги на товщину переходу

Збільшення зворотної напруги на переході приводить до збільшення його товщини. У цьому випадку основні носії заряду зміщуються в різні сторони від  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  перехід нагадує плоский конденсатор, пластинами якого є нейтральні низькоомні області НП. Отже, при використанні формули (1.32) бар’єрна ємність дорівнює

. (1.36)

З (1.36) випливає, що бар’єрна ємність збільшується при зростанні і , а також при зростанні прямої напруги. При зростанні зворотної напруги бар’єрна ємність зменшується. Характер залежності показано на рисунку 1.15.

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:

, (1.37)

де - величина інжектованого заряду.

Величина цієї ємності може бути розрахована за формулою

. (1.38)

Як правило, при прямому ввімкненні  переходу враховується лише дифузійна ємність, тому що бар’єрна ємність становить одиниці пікофарад, а дифузійна – десятки нанофарад.

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

Рисунок 1.16 – Еквівалентна схема р-n  переходу

Для кімнатної температури () справедлива формула Шоклі

, (1.39)

де подають у міліамперах.

При прямому вмиканні  переходу , тому еквівалентна схема набирає вигляду рис. 1.17 а. При зворотному , і спрощена еквівалентна схема переходу має вигляд рис. 1.17 б.

а) б)

Рисунок 1.17 – Еквівалентна схема р-n  переходу:

а) при прямому вмиканні; б) при зворотному вмиканні

1.2.6 Реальна вах  переходу

Під час розгляду теоретичної ВАХ  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

Рисунок 1.18 - Різниця між реальною та

теоретичною ВАХ p-n  переходу

При малих прямих струмах реальна і теоретична ВАХ збігаються. При збільшенні внаслідок падіння напруги на розподіленому опорі нейтральних p- та n- областей напруга на переході зменшується порівняно із зовнішньою, прикладеною до омічних контактів, напругою:

.

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

, (1.40)

де - падіння напруги на розподіленому опорі .

При запірний шар практично зникає (див. формулу (1.32)), і ВАХ при подальшому збільшенні має лінійний характер, як на активному опорі.

Зворотна гілка вах

На величину струму, шо протікає через  перехід, включений у зворотному напрямі, впливає явище генерації носіїв. При зовнішній напрузі між процесами гене­рації та рекомбінації у переході встановлюється рівновага. При генеровані в переході дірки та електрони виштовхуються з нього зростаючим полем . Це приводить до виникнення додаткового струму генерації , який за напрямом збігається зі зворотним струмом. При , і справедливе відношення