Политех в Сети

Сайт для Учебы

4.3.ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Полный ток в полупроводниках обусловлен диффузионным и дрейфовым движением электронов и дырок, создающим диффузионную и дрейфовую составляющие. Плотности диффузионных токов пропорциональны градиенту концентрации соответствующих свободных носителей заряда. При этом токи направлены в сторону убывания концентрации.

Плотность диффузионного тока электронов равна:

. (4.12)

Плотность диффузионного тока дырок равна:

, (4.13)

Где: и - коэффициенты диффузии электронов и дырок соответственно;

и - подвижности электронов и дырок.

Подвижности электронов и дырок определяются как дрейфовые скорости электронов и дырок в электрическом поле напряженностью .

Для вывода выражения для теоретической вольтамперной характеристики будем полагать, что ширина перехода стремится к нулю. Это позволяет пренебречь тепловой генерацией и рекомбинацией носителей зарядов в переходе. Если считать, что на границе перехода электрическое поле равно нулю, то токи инжектированных носителей будут чисто диффузионными. Тогда для избыточных граничных концентраций электронов и дырок можно записать:

, (4.14)

, (4.15)

Где и - диффузионные длины пробегов электронов и дырок соответственно.

Подставляя (4.10) и (4.14) в (4.12), а (4.11) и (4.15) в (4.13), получим выражения для плотности диффузионных токов электронов и дырок в следующем виде:

, (4.16)

. (4.17)

Суммируя плотности токов и умножая на площадь перехода , получим:

(4.18)

Полученное выражение для тока достаточно точно описывает работу перехода как при прямом, так и при обратном напряжениях на переходе.

При прямых напряжениях на переходе при можно считать, что ток через переход равен

. (4.19)

Прямой ток намного больше обратного, что согласуется с физическими представлениями о работе перехода. При комнатной температуре =25мВ и прямой ток возрастает в 10 раз при каждом увеличении прямого напряжения на 60 мВ. Напряжение на переходе, при котором появляется заметный ток, называется пороговым. В кремниевых переходах тепловой ток значительно меньше, чем в германиевых, поэтому ток через переход становится заметным при напряжениях на переходе порядка 0,50,7 вольта. В германиевых структурах заметный ток через переход появляется при прямых напряжениях на переходе порядка 0,1Вольта.

При обратных напряжениях на переходе экспоненциальный член в уравнении становится малым по сравнению с 1 и ток через переход равен току насыщения:

. (4.20)

В разных масштабах прямая и обратная ветви вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого переходов показаны

На рис. 4.5.

описание: вольтампернаях-каp-nперехода

Рис. 4.5. Вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого переходов