ОСОБЕННОСТИ РЕАЛЬНЫХ p-n- ПЕРЕХОДОВ

Емкостные свойства p-n- перехода.Емкостные свойства обусловлены наличием по обе стороны от границы электрических зарядов, которые созданы ионами примесей, а также подвижными носителями заряда, находящимися вблизи границы p-n-перехода.

Емкость p-n-перехода подразделяют на две составляющие: барьерную, отражающую перераспределение зарядов в p-n-переходе, и диффузионную, отражающую перераспределение зарядов вблизи p-n-перехода. При прямом смещении перехода в основном проявляется диффузионная емкость, при обратном(режим экстракции) заряды вблизи p-n-перехода (в базе) меняются мало и основную роль играет барьерная емкость.

Барьерная емкость обусловлена наличием в p-n-переходе ионов донорной и акцепторной примесей, которые образуют как бы две заряженный обкладки конденсатора. При изменении запирающего напряжения, например увеличении, ширина p-n-перехода увеличивается и часть подвижных носителей заряда отсасывается электрическим полем от слоев, прилегающих к переходу. Перемещение этих носителей заряда вызывает в цепи ток:

,

где - изменение заряда обедненного слоя p-n-перехода.

Этот ток становится равным нулю по окончании переходного процесса изменения границ p-n-перехода.

Величину для резкого перехода можно определить из приближенного выражения:

,

Где S, – площадь и толщина p-n-перехода при U=0; - контактная разность потенциалов.

Зависимость называют вольт - фараднойхарактеристикой

При подключении к p-n-переходу прямого напряжения барьерная емкость увеличивается вследствие уменьшения l. Однако в этом случае приращение зарядов за счет инжекции играет большую роль и емкость p-n-перехода определяется в основном диффузионной составляющей емкости.

Диффузионная емкость отражает физический процесс изменения концентрации подвижных носителей заряда, накопленных в областях, вследствие изменения концентрации инжектированных носителей.

Влияние диффузионной емкости можно пояснить следующим примером.

Рис.3. Воль-фарадные характеристики p-n-перехода (а) и изменение тока приизменении полярности напряжения (б): 1-плавный переход; 2-резкий переход.

Пробой p-n-перехода. Под пробоем понимают значительное уменьшение обратного сопротивления, сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Существует три типа пробоев: туннельный, лавинный и тепловой.

Туннельный пробой связан с «просачиванием» электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше, чем энергия носителей заряда. Он наступает тогда, когда напряженность электрического поля возрастает настолько, что становится возможным туннельный переход электронов из валентной зоны полупроводника с электропроводностью одного типа в зону проводимости полупроводника с электропроводностью другого типа.

Рис.4. Энергетическая зонная диаграмма, поясняющая туннельный переход электрона (а); вольт-амперная характеристика p-n-перехода (б): 1-лавинный пробой; 2-туннельный пробой; 3-тепловой пробой;

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией. Напряженность электрического поля при этом достаточна велика. При ускорении носителей заряда в обедненной области происходит соударение этих носителей с атомами, они могут ионизировать и образовывать пары (электрон-дырка), вновь появившиеся носители заряда ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию следующих атомов. Для количественной характеристики этого процесса используется коэффициент лавинного умножения M_л, который показывает, во сколько раз ток, протекающий через p-n- переход, больше обратного тока: I= M_л×I_обр

Коэффициент можно определить из эмпирического выражения

где - напряжение, при котором возникает лавинный пробой и ∞

Тепловой пробой возникает в результате разогрева p-n-перехода, когда количество теплоты, выделяемой током в p-n-переходе, больше количества теплоты, отводимой от него.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

В зависимости от принципа действия и конструктивных признаков транзисторы подразделяются на два больших класса: биполярные и полевые.

Биполярными транзисторами называют полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя выводами или более, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

В настоящее время широко используют биполярные транзисторы с двумя p-n-переходами, к которым чаще всего и относят этот термин. Они состоят из чередующихся областей (слоев) полупроводника, имеющих электропроводности различных типов. В зависимости от типа электропроводности наружных слоев различают транзисторы p-n-p- и n-p-n- типов.

Транзисторы, в которых p-n-переходы создаются у поверхностей соприкосновения полупроводниковых слоев, называют плоскостными.

Физические процессы в транзисторах.Упрощенная структура плоскостного p-n-p-транзистора показана на рис.1., условные обозначения p-n-p- и n-p-n-транзисторов – на рис.2.

Рис.1. Рис.2.

При подключении напряжений к отдельным слоям биполярного транзистора оказывается, что к одному переходу приложено прямое напряжение, к другому – обратное. При этом переход, к которому при нормальном включении приложено прямое напряжение, называют эмиттерным, а соответствующий наружный слой – эмиттером (Э); средний слой называют базой (Б). Второй переход, смещенный в обратном направлении, называют коллекторным, а соответствующий наружный слой – коллектором (К).

Однотипность слоев коллектора и эмиттера позволяет при включении менять их местами. Такое включение называется инверсным.

В зависимости от технологии изготовления транзистора концентрация примесей в базе может быть распределена равномерно или неравномерно. При равномерном распределении внутреннее электрическое поле отсутствует и неосновные носители заряда, попавшие в базу, движутся в ней вследствие процесса диффузии. Такие транзисторы называются диффузионными или бездрефовыми. При неравномерном распределении концентрации примесей в базе имеется внутреннее электрическое поле и неосновные носители заряда движутся в ней в результате дрейфа и диффузии, причем дрейф играет доминирующую роль. Такие транзисторы называют дрейфовыми.

Для количественной оценки составляющих полного тока p-n-перехода используют коэффициент инжекции

Где и – дырочная и электронная составляющие тока p-n-перехода; - полный ток p-n-перехода.

Рис.3. Схема движения носителей заряда в транзисторе

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: