Глава 2

Полупроводниковые диоды

2.1 Идеальная вольт-амперная характеристика диода

Диод – электропреобразовательный прибор, который, как правило, содержит один или несколько электрических переходов и два вывода для подключения к внешней цепи.

Для характеристики приборов полезно знать вольт-амперную характеристику.

В общем случае ток через диод или через p-n-переход состоит из инжекционной и рекомбинационной составляющих.

Инжекция – перенос носителей из одной зоны в другую (много → мало).

Рекомбинация – одновременное появление или исчезновение дырки и электрона.

Появляется дополнительный ток, связанный с рекомбинацией.

При выводе идеальной ВАХ будем учитывать только инжекционную составляющую.

При обратном включении будем учитывать рекомбинационную составляющую.

Второе допущение: диод – идеально-плоская структура с равномерным распределением полей и носителей.

= ; =.

Заменим приращения на небольшие величины:

≈ ; ≈ .

Заменим в этих формулах средней длиной свободного пробега:

= ; = .

Все величины нам здесь известны. Осталось найти и.

Наибольший интерес представляют неосновные носители заряда ив чужих зонах.

В равновесном состоянии без приложенного внешнего напряжения:

= ; = ;

= ≈ 26 мВ – температурный потенциал (при Т ≈ 20 º С).

Из этих формул выразим соответственно и:

= ; = .

При приложении внешнего напряжения будем считать, что всё напряжение прикладывается к p-n-переходу.

= - U.

Изменение высоты потенциального барьера будет приводить к изменению всех четырёх концентраций на границе p-n-перехода: ,,,.

Т. к. концентрация основных носителей заряда в соответствующих областях значительно больше концентрации неосновных, то изменение концентрации основных носителей будет незначительно.

=; = .

Изменение происходит для неосновных носителей:

- U = ; - U = .

= ; = .

= = ; = = .

= - = - ; = - = - .

Можно записать, чему будет равняться плотность тока:

= ; = .

Сложив обе эти составляющие и умножив на площадь, получим ток:

= = , (2.1)

где = − тепловой ток диода. То:

= − ВАХ идеального диода. (2.2)

При постоянной температуре не меняется во времени.

Построим ВАХ идеального диода:

При больших отрицательных напряжениях ток неизменен и равен .

2.2 Результаты изучения вах идеального диода

1. Параметры диода (ВАХ) сильно зависят от температуры за счёт зависимости от температуры.

С ростом температуры ток растёт.

При одном и том же токе с ростом температуры величина потенциального барьера уменьшается.

Обратный ток (ток утечки) при нагреве будет увеличиваться.

2. Зависимость от материала.

Величина зависит от материала полупроводника. Если мы используем полупроводник с более широкой зоной, процесс диффузии будет происходить хуже. Величина токабудет падать.

Si − широкая зона;

Ge − малая зона.

3. Зависимость от площадиp-n-перехода.

Чем больше площадь S, тем больше ток .

> .

Прямо пропорциональная зависимость: ~ S.