3.2.2 Влияние температуры на характеристику и свойства р-п перехода

Основное влияние температуры на вольт-амперную характеристи­ку обусловлено сильной зависимостью концентрации неосновных носи­телей примесного полупроводника. Это вытекает из равенств (2.11) и (1.2), (1.4). В результате этого влияния при повышении темпе­ратуры перехода изменяются прямая и обратная ветви характеристи­ки, как показано на рис.3.9.

Обратная ветвь. При обратном смещении резко увеличивается об­ратный ток р-п перехода. Из (3.8) следует, что эта зависимость экспоненциальна. Практически для определения тока при повы­шенной температуре t₂ перехода используется приближенная фор­мула

, (3.11)

из которой следует, что тепловой ток увеличивается в два раза на каждые 10 градусов повышения температуры. Например, при повыше­нии температуры от +20 до +60°С ток I₀ возрастает в 16 раз, т.е. . Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается термогенерация носителей заряда (пар электрон – дырка), что в свою очередь приводит к дальнейшему уве­личению обратного тока I₀ и нагреву р-п перехода.

Пример 3.3

Напряжение пробоя при повышенной температуре перехода T₂ увеличивается для лавинного пробоя – U_проб2>U_проб1, и уменьшится для туннельного пробоя – U_проб2>U_проб1 (рис. 3.9).

Рис. 3.9

Прямая ветвь при повышении температуры смещается в сторону оси тока. При заданном напряжении U_a = U₁ ток I₀ увеличивает­ся с I₁ (точка А₁) до значения I₂, (точка A₂). При заданном токе I_a = I₁ напряжение U_a при повышении, температуры уменьша­ется с U₁ (точка А₁) до U₂ (точка А₂). Изменение прямой ветви оценивается температурным коэффициентом напряжения (ТКН):

. (3.12)

Для германиевых и кремниевых р-п переходов ТКН отрицателен, ве­личина его находится в пределах (1,2–3) мВ/град /2/. Однако на практике часто принимают ТКН равным 2 мВ/град.

3.2.3. Емкость р-п перехода

При образовании р-п перехода в приграничных слоях возника­ют неподвижные объемные заряды (см. рис.3.1) и величина полного объемного заряда изменяется при изменении приложенного к перехо­ду напряжения U_a (изменяется ширина перехода при постоянной объемной плотности заряда, рис.3.4). Следовательно, р-п пере­ход является еще и плоским конденсатором. Обкладками его служат прилагающие границы р- и п-областей, а диэлектриком – обеднен­ный носителями слой р-п перехода. Эту емкость называют барьер­ной C_бар (или зарядной). Величина C_бар так же, как и шири­на перехода, зависит от величины приложенного напряжения /2/, она учитывается уже на сравнительно низких частотах при обратном смещении.

Из справочника обычно бывает известна величина С_бар.о при указанном смещении U_a. Тогда величина С_бар.x при любом смещении U_x находится по формуле

, (3.13)

где n = 2 для ступенчатых переходов, n = 3 для плавных пере­ходов.

Кроме барьерной емкости р-п переходы характеризуются еще диффузионной емкостью C_диф, отражающей изменение величины заряда инжектированных носителей в базе. Величина C_диф увеличи­вается при прямом смещении на очень высоких частотах. Емкости C_бар и C_диф обусловливают инерционность р-п перехода.