Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

в области с малой концентрацией примеси ширина части запирающего слоя соответственно на два-три порядка больше, чем в области с высокой концентрацией примеси.

1.2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

При подаче на р-п переход внешнего напряжения процессы зависят от его полярности.

Внешнее напряжение, подключенное плюсом к р-области, а минусом к п-области, называют прямым напряжением Unp (рис. 1.9,а). Напряжение U p почти полностью падает на р-п переходе, так как его сопротивление во много раз превышает сопротивление р- и п-областей.

и п -

пр

е-е-1-

+1 С+Ж)

111 111

11 \/

F = U -Unp

Рис. 1.9. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении: а - схема включения; б - потенциальный барьер

Полярность внешнего напряжения (/ р противоположна полярности контактной разности потенциалов U, поэтому электрическое поле, созданное на р-п переходе внешним напряжением направлено навстречу внутреннему электрическому полю. В результате этого потенциальный барьер понижается и становится численно равным разности между напряжениями, действующими на р-п переходе (рис. 1.9,6):

Ф= - и р.

Вследствие разности концентраций дырок в р- и -областях, а электронов в п- и р-областях основные носители заряда диффундируют через р-п переход, чему способствует снижение потенциального барьера. Через р-п переход начинает проходить диффузионный ток. Одновременно с этим основные носители заряда в обеих областях движутся к р-п переходу, обогащая его подвижными носителями и уменьшая таким образом ширину / обедненного слоя. Это приводит к снижению сопротивления р-п перехода и возрастанию диффузионного тока. Однако пока пр

меньше U, еще существует потенциальный барьер; обедненный носителями заряда слой р-п перехода имеет большое сопротивление, ток в цепи имеет малую величину.

При увеличении внешнего прямого напряжения до Unp = Lk потенциальный барьер исчезает, ширина обедненного слоя стремится к нулю. Дальнейшее увеличение внешнего напряжения при отсутствии слоя р-п перехода, обедненного носителями заряда, приводит к свободной диффузии основных носителей заряда из своей области в область с противоположным типом электропроводности. В результате этого через р-п переход по цепи потечет сравнительно большой ток, называемый прямым током /пр, который с увеличением прямого напряжения растет.

Введение носителей заряда через электронно-дырочный переход из области, где они являются основными, в область, где они являются неосновными, за счет снижения потенциального барьера называют инжекцией.

В симметричном р-п переходе инжекции дырок из р-области в п-область и электронов из п-области в р-область по интенсивности одинаковы.

Инжектированные в п-область дырки и в р-область электроны имеют вблизи границы большую концентрацию, уменьшающуюся по мере удаления от границы в глубь соответствующей области из-за рекомбинаций. Большое количество неосновных носителей заряда у границы компенсируется основными носителями заряда, которые поступают из глубины области; например, инжектированные в п-область дырки - электронами. В результате этой компенсации объемных зарядов, создаваемых у р-п перехода инжектированными неосновными носителями, полупроводник становится электрически нейтральным.

Движение основных носителей заряда через р-п переход создает электрический ток во внешней цепи. Уход электронов из п-области к р-п переходу и далее в р-область и исчезновение их в результате рекомбинации восполняется электронами, которые поступают из внешней цепи от минуса источника питания. Соответственно, убыль дырок в р-области, ушедших к р-п переходу и исчезнувших при рекомбинации, пополняется за счет ухода электронов из ковалентных связей во внешнюю цепь к плюсу источника питания.

Неосновные носители заряда, оказавшиеся в результате инжекции в области с противоположным типом электропроводности, например дырки, инжектированные из р-области в п-область, продолжают движение от границы вглубь. Это движение происходит по причине как диффузии, так и дрейфа, поскольку имеется и градиент их концентрации, и электрическое поле в полупроводнике, созданное внешним напряжением. Диффузия преобладает вблизи р-п перехода, а дрейф - вдали от него, внутри соответст-

вующей области. На определенном расстоянии от р-п перехода концентрация инжектированных неосновных носителей заряда убывает до нуля вследствие рекомбинации. В итоге концентрация неосновных носителей остается такой, какой была в равновесном состоянии при отсутствии внешнего напряжения, т. е. обусловленной собственной электропроводностью полупроводника. Дрейф неосновных носителей заряда теплового происхождения в сторону от р-п перехода внутрь области создает тепловой ток /т. Тепловой ток на несколько порядков меньше диффузионного тока основных носителей заряда, т. е. прямого тока /пр, и имеет противоположное ему направление.

Прямой ток создается встречным движением дырок и электронов через р-п переход, но направление его соответствует направлению движения положительных носителей заряда - дырок. Во внешней цепи прямой ток протекает от плюса источника прямого напряжения через полупроводниковый кристалл к минусу источника.

Мы рассмотрели процессы в симметричном р-п переходе.

В используемых на практике несимметричных р-п переходах, имеющих неодинаковые концентрации акцепторов и доноров, инжекция носит односторонний характер. Например, если концентрация дырок в р-области на несколько порядков превышает концентрацию электронов в п-области (рр>Пя), то диффузия дырок в п-область будет несоизмеримо больше диффузии электронов в р-область. В этом случае можно говорить об односторонней инжекции дырок в п-область, а диффузионный ток через р-п переход считать дырочным, пренебрегая его электронной составляющей. Таким образом, в несимметричном р-п переходе носители заряда инжектируются из низкоомной области в высоко-омную, длякоторой они являются неосновными.

При несимметричном р-п переходе область полупроводника с малым удельным сопротивлением (большой концентрацией примеси), из которой происходит инжекция, называют эмиттером, а область, в которую инжектируются неосновные для нее носители заряда, - базой.

1.2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Обратным напряжением (Уобр называют внешнее напряжение, полярность которого совпадает с полярностью контактной разности потенциалов; оно приложено плюсом к п-области, а минусом- к р-области (рис. 1.10,а). При этом потенциальный барьер возрастает; он численно равен сумме внутреннего и внешнего напряжений (рис. 1.10,6): ф= (Ук + обр-Повышение потенциального барьера препятствует диффузии

основных носителей заряда через р-п переход, и она уменьшается, а при некотором значении (Уобр совсем прекращается. Одновременно под действием электрического поля, созданного внешним напряжением, основные носители заряда будут отходить от р-п перехода. Соответственно расширяются слой, обедненный носителями заряда, и р-п переход, причем его сопротивление возрастает.

Внутреннее электрическое поле в р-п переходе, соответствующее возросшему потенциальному барьеру, способствует движе-

	0 1/
	1 / 1/	P = Uh + Uo6p

Рис. 1.10. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении: а - схема включения; б - потенциальный барьер

нию через переход неосновных носителей заряда. При приближении их к р-п переходу электрическое поле захватывает их и переносит через р-п переход в область с противоположным типом электропроводности: электроны из р-области в п-область, а дырки - из п-области в р-область. Поскольку количество неосновных носителей заряда очень мало и не зависит от величины приложенного напряжения, то создаваемый их движением ток через р-п переход очень мал. Ток, протекающий через р-п переход при обратном напряжении, называют обратным током /оср. Обратный ток по характеру является дрейфовым тепловым током /обр = /т, который не зависит от обратного напряжения.

Процесс захватывания электрическим полем р-п перехода неосновных носителей заряда и переноса их при обратном напряжении через р-п переход в область с противоположным типом электропроводности называют экстракцией.

Уход неосновных носителей заряда в результате экстракции приводит к снижению их концентрации в данной области около границы р-п перехода практически до нуля. Это вызывает диффузию неосновных носителей заряда из глубины области в направлении к р-п переходу, что компенсирует убыль неосновных носителей, ушедших в другую область. Движение неосновных носителей заряда к р-п переходу создает электрический ток в

объеме полупроводника. Компенсация убыли электронов в объеме полупроводника р-типа происходит за счет пополнения их из внешней цепи от минуса источника питания. Это вызывает прохождение электрического тока во внешней цепи.

1.2.4. Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода. Пробой и емкость р-п перехода

Вольт-амперная характеристика р-п перехода представляет собой зависимость прямого тока от прямого напряжения и обратного тока от обратного напряжения (рис. 1.11). Эта характеристика имеет две ветви: прямую, расположенную в первом квадранте графика, и обратную - в третьем квадранте.

Зона прово-р-п димости

обр проб } ---J	мА / / 1 1 1
Uo6p 14	0 Unp.В обр- *

Валентная зона в

Рис. 1.11. Вольт-амперная характеристика р-п перехода и влияние температуры на прямой и обратный токи (а); виды пробоя р-п перехода (б): / - лавинный пробой; 2 - туннельный пробой; 5 - тепловой пробой; энергетическая диаграмма, иллюстрирующая туннельный пробой (в)

Прямой ток создается диффузией через р-п переход основных носителей заряда. С увеличением [Упр от О до значения, равного (Ук, ток /пр растет медленно и остается очень малым. Это объясняется наличием потенциального барьера, который препятствует, несмотря на снижение, диффузии основных носителей заряда, а также большим сопротивлением области р-п перехода, обедненной носителями заряда. С дальнейшим увеличением [Упр потенциальный барьер исчезает и прямой ток быстро нарастает. Это соответствует интенсивной диффузии через р-п переход основных носителей заряда при отсутствии области перехода, обедненной этими носителями заряда.

Обратный ток создается дрейфом через р-п переход неосновных носителей заряда. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда на несколько порядков ниже, чем основных.

обратный ток несоизмеримо меньше прямого. При небольшом увеличении обратного напряжения от О обратный ток сначала возрастает до значения, равного величине теплового тока Л, а с дальнейшим увеличением [Уобр ток остается постоянным. Это объясняется тем, что при очень малых значениях обратного напряжения еще есть незначительная диффузия основных носителей заряда, встречное движение которых уменьшает результирующий ток в обратном направлении. Когда эта диффузия прекращается, величина обратного тока определяется только движением через переход неосновных носителей, количество которых в полупроводнике не зависит от напряжения. Повышение обратного напряжения до определенного значения, называемого напряжением пробоя Уобрпроб, приводит к пробою электронно-дырочного перехода, т. е. к резкому уменьшению обратного сопротивления и, соответственно, росту обратного тока.

Свойство р-п перехода проводить электрический ток в одном направлении значительно больший, чем в другом, называют односторонней проводимостью. Электронно-дырочный переход, электрическое сопротивление которого при одном направлении тока на несколько порядков больше, чем при другом, называют выпрямляющим переходом.

На рис. 1.11, а пунктирной линией показано влияние повышения температуры на прямую и обратную ветви вольт-амперной характеристики р-п перехода. Прямая ветвь при более высокой температуре располагается левее, а обратная - ниже. Таким образом, повышение температуры при неизменном внешнем напряжении приводит к росту как прямого, так и обратного токов, а напряжение пробоя, как правило, снижается. Причиной такого влияния повышения температуры является уменьшение прямого и обратного сопротивлений из-за термогенерации пар носителей заряда, а также из-за снижения потенциального барьера фо.

Рассмотрим причины, вызывающие пробой р-п перехода и процессы, которые при этом происходят.

Пробоем р-п перехода называют, как было сказано, резкое уменьшение обратного сопротивления, вызывающее значительное увеличение тока при достижении обратным напряжением критического для данного прибора значения Цбрпроб- Пробой р-п перехода происходит при повышении обратного напряжения вследствие резкого возрастания процессов генерации пар свободный электрон - дырка. В зависимости от причин, вызывающих дополнительную интенсивную генерацию пар носителей заряда, пробой может быть электрическим и тепловым. Электрический пробой в свою очередь делится на лавинный и туннельный.

Лавинный пробой - электрический пробой р-п перехода, вызванный лавинным размножением носителей заряда под дейст-

1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.