- •1. Структура полупроводников и типы проводимости.
- •По виду проводимости Электронные полупроводники (n-типа)
- •Дырочные полупроводники (р-типа)
- •3. Электрические переходы.
- •6. Емкость р-n перехода.
- •8. Пробой р-n перехода.
- •9. Переход металл-полупроводник.
- •10. Переход между полупроводниками одного типа проводимости.
6. Емкость р-n перехода.
Р-n переход обладает емкостью и его можно трактовать, как плоский конденсатор. Емкость бывает 2-х типов: барьерная и диффузионная.
Это не из лекций, но хорошо объясняется, формулы барьерной емкости не совпадает с лекциями.
Барьерная емкость соответствует обратновключенному p-n-переходу, который рассматривается как обычный конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненный слой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями
, |
(1.19) |
где – относительная диэлектрическая проницаемость; – электрическая постоянная ; – площадь запирающего слоя; – толщина запирающего слоя.
Барьерная емкость возрастает при увеличении площади p-n-перехода и диэлектрической проницаемости полупроводника и уменьшении толщины запирающего слоя. В зависимости от площади перехода может быть от единиц до сотен пикофарад. Особенностью барьерной емкости является то, что она является нелинейной емкостью. При возрастании обратного напряжения толщина перехода увеличивается и емкость уменьшается. Характер зависимости показывает график на рис. 1.22. Как видно, под влиянием емкость изменяется в несколько раз.
Рис. 1.22. Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения
Диффузионная емкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в n- и p-областях при прямом напряжении на переходе. Она практически существует только при прямом напряжении, когда носители заряда диффундируют (инжектируют) в большом количестве через пониженный потенциальный барьер и, не успев рекомбинировать, накапливаются в n- и p-областях. Каждому значению прямого напряжения соответствуют определенные значения двух разноименных зарядов и , накопленных в n- и p-областях за счет диффузии носителей через переход. Емкость представляет собой отношение зарядов к разности потенциалов:
. |
(1.20) |
С увеличением прямой ток растет быстрее, чем напряжение, т. к. вольт-амперная характеристика для прямого тока имеет нелинейный вид, поэтому растет быстрее, чем и увеличивается.
Диффузионная емкость значительно больше барьерной, но использовать ее не удается, т. к. она шунтируется малым прямым сопротивлением p-n-перехода. Численные оценки величины диффузионной емкости показывают, что ее значение составляет несколько единиц микрофарад.
Таким образом, р-n-переход можно использовать в качестве конденсатора переменной емкости, управляемого величиной и знаком приложенного напряжения.
Из лекций.
Барьерная емкость при повышении прямого напряжения уменьшается при понижении увеличивается.
Диффузионная емкость - возникает при включении диода в прямом направлении из-за инжекции носителей заряда из одной области в другую и создание противоположно заряженных плоскостей. При прямом напряжении барьерная емкость выше диффузионной, барьерная меньше диффузионной, а при обратном напряжении существует только барьерная.
Зависимость р-n перехода от внешнего перехода позволяет построить варикап –прибор переменной емкости.
7. Температурные свойства р-n перехода. (Не по лекциям)
Вольтамперные характеристики p-n-перехода для двух значений температуры окружающей среды приведены на рис. 2.6. С ростом температуры падает прямое напряжение на p-n-переходе при заданном токе и растет обратный ток при заданном напряжении.
Прямой ток p-n-перехода определяется ПОНЗ, который зависит от величины потенциального барьера в p-n-переходе. Увеличение температуры приводит к уменьшению потенциального барьера, а следовательно, к увеличению прямого тока.
Обратный ток p-n-перехода определяется ПННЗ. Увеличение температуры приводит к увеличению скорости тепловой генерации, концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике растет, а следовательно, растет обратный ток.
Для количественной оценки влияния температуры на ВАХ p-n-перехода используют два параметра.
Температурный коэффициент напряжения (ТКН) показывает, на сколько изменится прямое напряжение на p-n-переходе (U) при заданном изменении температуры Т при постоянном токе через p-n-переход:
.
Для германиевых p-n-переходов ТКН -2 мВ/град, для кремниевых p-n-пе-реходов ТКН -3 мВ/град.
Температура удвоения обратного тока p-n перехода Т* позволяет рассчитать обратный ток iОБР(Т0 + Т) при возрастании температуры на Т по известному значению обратного тока при заданной температуре Т0.
iОБР(Т0 + Т) = iОБР(Т0)·2Т/Т*.
Для германиевых p-n-переходов обратный ток удваивается на каждые 10C (Т* = 10C) , для кремниевых - Т* = 8C.