2.4. Влияние температуры окружающей среды на вах реального p-n перехода с туннельным эффектом

Колебания температуры окружающей среды приводят к изменениям характеристик и параметров примесных полупроводников, а, следовательно, и полупроводниковых структур на их основе. Из-за высокой степени легирования исходных примесных полупроводников электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом влияние температуры проявляется значительно слабее, чем в обычных p-n переходах. Особенно это заметно на участке вольтамперной характеристики p-n перехода с туннельным эффектом, на котором ток определяется туннельной составляющей общего тока p-n перехода:

I = I_T + I_D + I_E, (15)

где I – общий ток p-n перехода с туннельным эффектом; I_D – диффузионная составляющая тока; I_T – туннельная составляющая тока; I_E – дрейфовая составляющая тока. На ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом, представленной на рис. 8, ток на участке DOAB зависит в основном от туннельной составляющей (15). Поэтому на указанном участке ВАХ p-n перехода изменение температуры окружающей среды будет сказываться слабо, как это показано на рис. 10.

На участке OD ВАХ (см. рис. 10) обратный ток с ростом температуры окружающей среды увеличивается незначительно, так как при этом возрастает дрейфовая составляющая тока I_E (15), которая изменяется по экспоненциальному закону от температуры, а туннельная составляющая I_Т (15) изменяется очень слабо. Вес I_E в выражении (15) на участке OD ВАХ (см. рис. 10) очень мал. При увеличении температуры от значения Т₁= +20 °С до величины Т₂=+70 °С экспоненциально возрастает дрейфовая составляющая тока I_E (15), уменьшается ширина обратносмещенного p-n перехода, растет напряженность электрического поля на p-n переходе (E_ОБР =), несколько возрастает I_Тр (туннельная составляющая тока обратносмещенного p-n перехода), это приводит к увеличению общего обратного тока I_ОБР= I_Тр+ I_Е, температурный коэффициент напряжения обратной ветви ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом ТКН_ОБР = . При изменении температуры окружающей среды обратная ветвь ВАХ располагается очень близко к первоначальной зависимости приТ₁=+20°С.

Рис.10. ВАХ реального p-n перехода с туннельным эффектом при изменении температуры окружающей среды:

T₁= +20 ºC; -------- T₂= +70 ºC

Туннельная ветвь прямого тока ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом (участок ОАВ зависимости, рис. 10) также слабо зависит от температуры окружающей среды. При возрастании температуры изменяется лишь ток пика I_П. Он может как уменьшаться, так и увеличиваться. Это обусловлено следующими двумя факторами: во-первых, при возрастании температуры снижается значение контактной разности потенциалов φ_К (9) p-n перехода, вследствие чего уменьшается равновесная ширина p-n перехода l₀ (2) и l_ПР, что приводит к росту напряженности электрического поля Е и туннельной составляющей тока; во-вторых, при увеличении температуры происходит смещение энергетического уровня Ферми ближе к середине запрещенной зоны (это следует из теории примесных полупроводников) в полупроводниках р⁺ - и n⁺ - типов, а это приводит к уменьшению перекрытия зон в электронно-дырочном переходе, содержащих энергетические уровни, заполненные электронами. При этом количество туннельных переходов снижается, а также уменьшаются значения токов I_Tn и I_П.

На диффузионном участке (участок ВС, рис. 10) прямой ветви ВАХ электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом влияние температуры проявляется так же, как и для обычного p-n перехода. С возрастанием температуры снижается значение контактной разности потенциалов φ_К, растет значение диффузионной составляющей тока I_D (15) и возрастает величина прямого тока I_ПР p-n перехода.

Поэтому диффузионный участок ВС ВАХ p-n перехода (см. рис. 10) с увеличением температуры (Т₂=+70°С) смещается влево. В этом случае увеличивается значение тока впадины и он становится равным, уменьшается величина напряжения впадины до значения , снижается напряжение раствора до величины . Температурный коэффициент напряжения участкаВС прямой ветви ВАХ (см. рис. 10) меньше нуля и определяется из соотношения

ТКН_{ПР (ВС)} = . (16)