|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Лап нагяддисст iicB mBUmf тенте- лея ыожно пехстаашъ как слмму Tfer. ноипонежтав (рнс. 1.7,а)  а) 7ерм<здзнаыкчес:-<и эйЕковесная кон11;ентрация РО, /по- (K3I)  (1.32а)  Рис. ] .6. Рйслрелеле.чне относительного изменения кснпептрации неопчзЕ-ных носителей в р-области в гредзлах нормироэапьой длины ыентральнок эбласти. Мноситель ехр - I принят во всех тре:: случаях равчьлм единице. б) и н Ж с К ц 111:>П] {а я ко н цеьгтр а ци я (1.326)  в) конценпаимя ;;,.1СЫЛ1С:] Il (-L-> о:.) ??j32 (л) (1-32в)  Инжектироваилые неосновные носители (доли концентраций pi(x), p7ti(-t)) гроннкают в нейтральные области вследствие наличия градиента концентрации и рекомбинируют до полного исчезно-веная" на краю нейтральной области (контакты!). В запирающем состоянии (-U->оо) неосновные носители, возникающие в нейтральных областях вследстве преобладающей генерации, диффундируют к запирающему слою. Их концентрации падают непосредственно на границах запирающего слоя от равно-    «ёеных заряда fcjTii iW да все неосновные иЫЬели наряда игновёяво отсасывактя mftpb запирающего слоя. Недостаток носителей непрерывно пополняется за счет диффузии новых порций носителей нз нейтральных областей. В обесточенном состоянии \{V-,) генерация и рекомбинация находятся в равновесии.    реком5инаи,ай -генерация Y диффузионный так дрейфовый ток ПТТ] дыриный ток i зг.ытр>:я,1и. ток Рис. 1.7. Качественное изображение распределения токов и концен-TpauHii неосновных носителей в резком р-п переходе: о) графики трех составляющих концентраций; б) диффузионные и дрейфовые составляющие прямого тока О тока насыщения (/); стрелки показывают направление движения носителей заряда. Граничные условия для плотностей токов. Уравнение вольтамперной характеристики. В-любой точке х полупроводника общая плотность тока 5 определяется уравнением переноса (1.1). Из условия непрерывности тока следует, что в каждой точке протекает один и тот же результирующий ток, равный току внешней цепи. Однако У .г сссгжмешие менеу шскаыи неосБовжых-и основных но-снпелей кеняЁгся го мер£ измекенкяЬг точки к точке грлднек:юв кснцекграций Поскольку в запирающем слое не "р:зисж]диг nousccoE рекомбинации, то плотности то-}iCB осшэБнь:э( носителей на одной стороне запирающего слоя *5?.р:ГУ 15г.,-1)(7й)1 совладают с плотностями токов неосшвиьЕХ носилей на противоположной стороне за-п:-::зю1д,£го :лая S:p(n(i\)[Sn(p)(lp)]: (1.33) Общая пл:1ткссть тохг складьиаетсз из тока основ-ннх н нэоснсзны1;-< лсслтелей в любой плоскости перехода: --2KJ-)(J +Sr.ip){X) =Snn,)(x) -f Sp(n)(x) (1.34) /?-о:»ласть ,7-ооласть prHiiu janiipaijiero слоя слсаведливо условие (1.35) что является 1ф1ггеригм отсутствия в запирающем слое гег;рацнопно-оекз\:бпна1ионных процессов. .Sк?ул образом, общий ток можно рассчитать как суг/му токов неосновных носителей, пооходяних через зЁшфа:н:л1нт: слой. Есл>: к тому же прн малом уровне инжекилл iPn<n,f, ni<<cpp) дрсйфозыми токами нсос-нсвных но:итс-лей моллю во всех точках пренебречь, то диффуз::эн:1ы: токи, протекаюншс на гран]щах запирающего С.ПСГ, dx (1.36) полнссгыо определяют влльтамперную характеристику p~i перехода: С til 1). (1.37) Еслл ввести обозначения компонентов тока насыщения р-п перехода: (1.38a) ток насыщения электронов. (1.386)  foK насыщений, дырок, то суммарный ток насыщения будет равен Is - 18П~\~ fsp --/ -U=ooj (1.39) а уравнение вольтамперной характеристики будет иметь вид /=/Ле -1). (1.40) Общий ток условно можно представить как разность тока основных носителей, падающих на потенциальный барьер (hi) (прямого тока), и тока насыщения (h) (рис. 1.7,6): UlUj Ftp I (1.41) причем каждый условный ток имеет электронный и дырочный компонент. Непосредственно на границе запирающего слоя (например, при х = диффузионный ток Ifiv достигает наибольшего значения, определяемого градиентом концентрации неоС[{ОВ11ых носителей. В пределах нейтральной области соотношение между токами неосновных и основных носителей меняется- Наличие большого диффузионного тока (градиента концентрации) па краю пептральиоп области имеет решающее значение для работы транзистора. Основные носители заряда, не принявшие участие в рекомбинации в нентралы-:он области, проходят через занпраюиип"] слои в соседнюю нейтральную область н вызывают протекание в neii диффузионного тока. Ток }р1 [уравнение (1.41)] появляется уже при отрицательных напряжениях U, по при этом он меньше, чем ток нас11пцеипя; прн /7>0 ток Jin возрастает oco6oiHio 6ii!CTpo. Независимо от наличия тока Ifi в пснтральпых областях происходит тепловая генерация пар электрон - дырка, пз которых, например в /г-области, электроны в случае полного запирания (-и-)-оо) движутся дрейфовым потоком к омическому контакту этой области. К этому потоку добавляется еще и поток электронов, возникающих в противоположной области перехода (в /;-областп) и проходящих через запирающий слой (в /?-области этот ток является диффузионным), HeocHOBHbie носители, возникающие одновременно с основными в процессе генерации, диффундируют по направлению к запирающему слою (коллекторный эффект), так как они полностью отсасываются запирающим слоем. За счет диффузии следующих порций носителе!! заряда концентрация в данной точке восстанавливается. Отношение диффузионного тока к дрейфовому и току насыщения уменьшается к краю нейтральной области у омического контакта. Следует подчеркнуть, что зависящая от направления величина тока связана с увеличением ил-1 уменьшением концентрации неосновных носителей заряда в нейтральных областях по сравнению с равновесным значением и не зависит от профиля распределения  хонцейтраций внутри запирающего слоя. Поэрсшу ОТЙошеЯйе прямого ТОКЕ Jyi к току насыщения /, [уравнение (J<4l)] не зависит в данном нриГ:ижении от свойств полупроводника и геометрии р-п перехода. Важнейшая для статических характеристик перехода величина, ток насыщения /& зависит как от свойств кристалла {Ьп, Lp, рпо, Про), так и от геометрических величин (сечение 1ПОлупроводкика, длина нейтральных областей). Р-п переходы с большими токами насыщения согласно вольтамперной характеристике идеальной модели перэхода имеют также большие прямые токи. С практической точки зрения интересны запирающие слои с малыми токами насыщения. Поэтому при заданных диффузионных длинах стремятся получить отношения Wn/Lp 1 и Wp/Lnl и, следовательно, недеформированные «дргффузионные хвосты», если только на первый план не выдвигаются особые требования к динамическим свойствам (например, хорошие импульсные свойства). Для упомянутого случая больших длин нейтральных областей выражение для тока насыщения принимает вид формулы, выведенной Шокли:  F>vPno (1.42) где pnolxp и Про/хп - скорости тепловой генерации пар носителей заряда в единице объема п- и р-области соот-Бетственно *\ Таким образом, ток насыщения (1.42) имеет такую величину, как будто все носители заряда, генерированные на расстояниях, равных диффузионным длинам, в дальнейшем отсасываются полем запирающего слоя. Если ввести выражения для удельных сопротивлений нейтральных областей: » Рп то получим -выражение для тока насыщения в виде Is = qAn (р.рРр + 1х„р Dp 1 (1.43) *> Уравнение вольт-амперной характеристики р-п перехода в та ком виде впервые получено В. И. Давыдовым еще в 30-х годах - Прим. перев.  Ток насыщение "арямб йроп<зрцйоналей йй(Шт и обратно пропорционален концентрации легирующих примесей и времени жизни носителей заряда. Особенно сильно h зависит от температуры (вследствие сильной зависимости п\ от температуры). В узком температурном интервале (вблизи комнатной температуры) эта зависимость носит экспоненциальный характер: (6) = Is [by) e с (9-9[/) (1.44) где 0 - температура; Qu - исходная температура; с - константа, равная для германия теоретически 0,09Х-*, практически 0,06-0,12°C-i; дя кремния теоретически 0,14практически 0,04-0,07 °С-. При повышении температуры на 7,8°С для германия (i5°C для кремния) ток насыщения удваивается. Величина тока Is(v) для запирающих слоев в германии при комнатной температуре лежит в пределах 1 -100 мкА, для запирающих слоев в кремнии из-за гораздо меньшей концентрации собственных носителей ток насыщения значительно меньше (порядка нескольких наноампер). Поэтому у кремниевых р-п переходов прямая ветвь вольтамперной характеристики возрастает значительно более полого, чем у германиевых. Практически измеренные значения константы с для запирающих слоев в кремнии меньше теоретического значения, так как в них определящую роль в образовании обратного тока через переход играют процессы генерации внутри запирающего слоя. В зависимости от того, какое из неравенств выполняется, DnfipolLnDppnolEp, ток насыщения определяется потоком электронов или дырок (несимметричный р-п переход). Как правило, несимметрия перехода настолько велика, что практически можно принимать во внимание только один компонент тока. Такие резко несимметричные, с точки зрения удельной проводимости полупроводников, р-п переходы играют главную роль в транзисторах. Для р-п перехода с преимущественно дырочным током коэффициент инжекции у, т. е. отношение дырочного тока к полному, должен быть как можно ближе к 1: 8П Н~ fP  (1.45а) 4-1323 0 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 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 |