Полупроводники с электронной электропроводностью
ТОКИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Прямое включение p-n перехода
Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
Емкости p-n перехода
Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности
Явления на поверхности полупроводника
Стабилитроны и стабисторы
Варикапы
Физические процессы в бездрейфовом биполярном
Статические характеристики биполярных транзисторов
Влияние температуры на статические характеристики БТ
Линейная (малосигнальная) модель биполярного транзистора
Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов
Работа транзистора в режиме переключения
Полевой транзистор с p-n переходом
Полевой транзистор с изолированным затвором
Навигация
Емкости p-n перехода
Физические основы электроники
127540
знаков
21
таблица
0
изображений
1.3.6 Емкости p-n перехода
Изменение внешнего напряжения dU на p-n переходе приводит к изменению накопленного в нем заряда dQ. Поэтому p-n переход ведет себя подобно конденсатору, емкость которого С = dQ/ dU.
В зависимости от физической природы изменяющегося заряда различают емкости барьерную (зарядную) и диффузионную.
Барьерная (зарядная) емкость определяется изменением нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. Поэтому идеальный электронно-дырочный переход можно рассматривать как плоский конденсатор, емкость которого определяется соотношением
, (1.41)
где П, d - соответственно площадь и толщина p-n перехода.
Из соотношений (1.41) и (1.31) следует
.
В общем случае зависимость зарядной емкости от приложенного к p-n переходу обратного напряжения выражается формулой
,
где C0 — емкость p-n перехода при UОБР = 0; g - коэффициент, зависящий от типа p-n перехода (для резких p-n переходов g = 1/2, а для плавных g = 1/3).
Барьерная емкость увеличивается с ростом NА и NД, а также с уменьшением обратного напряжения. Характер зависимости СБАР = f(UОБР) показан на рис. 1.13,а.
Рассмотрим диффузионную емкость. При увеличении внешнего напряжения, приложенного к p-n переходу в прямом направлении, растет концентрация инжектированных носителей вблизи границ перехода, что приводит к изменению количества заряда, обусловленного неосновными носителями в p- и n-областях. Это можно рассматривать как проявление некоторой емкости. Поскольку она зависит от изменения диффузионной составляющей тока, ее называют диффузионной. Диффузионная емкость представляет собой отношение приращения инжекционного заряда dQинж к вызвавшему его изменению напряжения dUпр, т. е. . Воспользовавшись уравнением (1.30), можно определить заряд инжектированных носителей, например дырок в n-области:
.
| а) | б) |
Рисунок 1.13 Зависимость барьерной (а) и диффузионной (б) емкостей p-n перехода от напряжения.
.
Тогда диффузионная емкость, обусловленная изменением общего заряда неравновесных дырок в n-области, определится по формуле
.
Аналогично для диффузионной емкости, обусловленной инжекцией электронов в p-область,
.
Рисунок 1.13 Эквивалентная схема p-n перехода.
Общая диффузионная емкость
.
Зависимость ёмкости от прямого напряжения на p-n переходе показана на рисунке 1.13, б.
Полная емкость p-n перехода определяется суммой зарядной и диффузионной емкостей:
.
При включении p-n перехода в прямом направлении преобладает диффузионная емкость, а при включении в обратном направлении - зарядная.
На рис. 1.14 приведена эквивалентная схема p-n перехода по переменному току. Схема содержит дифференциальное сопротивление p-n перехода rД, диффузионную емкость СДИФ, барьерную емкость СБАР и сопротивление объема p- и n-областей r1. На основании уравнения (1.37) можно записать:
.
Если при прямом включении p-n перехода Uпр >> jт, то:
; .
При комнатной температуре ; (1.42)
(в соотношении (1.42) значение тока подставляется в амперах). Сопротивление утечки rУТ учитывает возможность прохождения тока по поверхности кристалла из-за несовершенства его структуры. При прямом включении p-n перехода СБАР << СДИФ, дифференциальное сопротивление rД ПР мало и соизмеримо с r1, поэтому эквивалентная схема принимает вид, показанный на рис. 1.15, а.
| а) | б) |
Рисунок 1.15 Упрощенные эквивалентные схемы p-n перехода.
При обратном смещении rД ОБР >> r1, СБАР >> СДИФ и эквивалентная схема имеет вид, показанный на рис. 1.15, б.
1.4 РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ
1.4.1 Гетеропереходы
Гетеропереход образуется двумя полупроводниками, различающимися шириной запрещенной зоны. Параметры кристаллических решеток полупроводников, составляющих гетеропереход, должны быть близки, что ограничивает выбор материалов. В настоящее время наиболее исследованными являются пары: германий-арсенид галлия, арсенид галлия-мышьяковидный индий, германий-кремний. Различают n-p и p-n гетеропереходы (на первое место ставится буква, обозначающая тип электропроводности полупроводника с более узкой запрещенной зоной). На основе гетеропереходов возможно также создание структур n-n и p-p.
Рисунок 1.16 Упрощенная энергетическая диаграмма p-n гетероперехода в равновесном состоянии.
На рисунке 1.16 приведена упрощенная энергетическая диаграмма n-p перехода между арсенидом галлия р-типа (DWP = 1,5 эВ) и германием n-типа (DWn = 0,67 эВ) в состоянии равновесия (U = 0). При контакте полупроводников происходит перераспределение носителей зарядов, приводящее к выравниванию уровней Ферми p- и n-областей и возникновению энергетического барьера для электронов n-области q×Ukn и. для дырок p-области q×Uкp, причем Uкn > Uкp.
Рисунок 1.17 Упрощенная энергетическая диаграмма p-n гетероперехода, включенного в прямом состоянии.
В состоянии равновесия ток через n-p переход равен нулю. Поскольку потенциальные барьеры для дырок и электронов различны, при приложении к гетеропереходу прямого напряжения смещения он обеспечит эффективную инжекцию дырок из полупроводника с большей шириной запрещенной зоны (рис. 1.17).
Похожие работы
... условиям эксплуатации и конструктивным показателям, могут образовывать семейства серий интегральных схем. 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Логические и запоминающие элементы составляют основу устройств цифровой обработки информации – вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические ...
... соединение “точка-точка” со скоростью до 3 Гб/с. 6. Как работают программы восстановления данных Каждый только что удаленный файл все еще находится на жестком диске, но Windows его больше не видит. Если программе восстановления данных необходимо восстановить этот файл, она просматривает загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector). В нем содержится вся информация о строении раздела, ...
... электротехнических и электронных устройств, в которых используется явление резонанса напряжения. Литература 1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.53 - 58. 2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.73 - 77. Лабораторная работа №5 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Цель работы. Ознакомление с методом повышения ...
... корпускулярные свойства его света, а волновые себя практически не проявляли. Впрочем, это и следует из таблицы.Полупроводниковые устройства. Для начала рассмотрим принцип действия полупроводниковых приборов. Поскольку для компьютера наиболее важными является транзисторы, именно ими мы рассмотрение полупроводниковых устройств и ограничим. Полупроводниками называют группу элементов и их соединений, ...
0 комментариев