Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Зависимость параметров и характеристик p-n-перехода от температуры




Читайте также:
  1. Ei — экспертная оценка i-й характеристики.
  2. I. Этиологическая характеристика
  3. II. Общая характеристика искусства Древнего Египта, периодизация
  4. II. Физические характеристики участников коммуникации
  5. III, IV и VI пары черепных нервов. Функциональная характеристика нервов (их ядра, области, образование, топография, ветви, области иннервации).
  6. III.2.1) Понятие преступления, его основные характеристики.
  7. IV. Снимается напряжение с КР при следовании на автоматической характеристике ТД.
  8. U-образные характеристики синхронного генератора
  9. U–образные и рабочие характеристики синхронного двигателя
  10. А Общая характеристика класса Turbellaria.

Рассмотрим обратный ток насыщения р-n-перехода с тонкой базой:

. (1.85)

От температуры зависят коэффициенты диффузии Dn и Dp , концентрации легирующих примесей Nd(nno), Na(ppo)и собственная концентрация носителей заряда, которая экспоненциально зависит от температуры. Квадрат этой концентрации

(1.86)

где В = 1,5×1033 К-3см-6 для кремния.

Из всех электрофизических параметров, входящих в формулу (1.85), наиболее сильную зависимость от температуры имеет собственная концентрация носителей заряда ni. Зависимость ni(Т) в основном определяется наличием Т в показателе экспоненты. Поэтому с большой степенью точности можно представить температурную зависимость тока Is в следующем виде:

(1.87)

где — ток насыщения при температуре, стремящейся к бесконечности.

Величину можно считать постоянной. Формула (1.87) неудобна для практических расчетов. Приведем ее к иному виду. Для заданной температуры Т0 можно записать Is(T0):

(1.88)

Разделив почленно (1.87)на(1.88), можно записать:

.

Окончательно имеем

(1.89)

где ; коэффициент .

Перейдя от основания eк основанию 2, перепишем формулу (1.89) в удобном для расчетов виде:

,где температура удвоения тока насыщения (для кремния К.

В обратном токе кремниевого р-n-перехода ток генерации значительно преобладает над током насыщения (приблизительно, ). Ток генерации пропорционален концентрации собственных носителей заряда в первой степени (а не в квадрате,как для тока насыщения).

Следовательно, ~ и температура удвоения для кремния в этом случае

.

Прямой ток с изменением температуры изменяется в соответствии с выражением

. (1.90)

Ток при заданном прямом напряжении увеличивается с возрастанием температуры, но скорость его нарастания снижается при увеличении U.

При фиксированном прямом токе с ростом температуры напряжение на ОПЗ р-n-перехода уменьшается. Логарифмируя обе части выражения(1.90), получим

(1.91)

Температурный коэффициент прямого напряжения на ОПЗ p-n-перехода при заданном прямом токе через диод

отрицателен и зависит от прямого тока, но слабо, так как всегда I << Is¥.Таким образом, напряжение на ОПЗ р-n-перехода с ростом температуры линейно уменьшается.



При высоком уровне инжекции нужно учитывать величину напряжения, падающегона сопротивление базы, т.е. URБ. В диапазоне рабочих температур концентрация основных носителей в базе примерно постоянна и равна концентрации легирующей примеси. Поэтому сопротивление базы ~ с ростом температуры увеличивается, так как подвижность μn(T) сростом температуры падает. При увеличении сопротивления базы возрастает падение напряжения URБ. Поэтому результирующий коэффициент напряжения на диоде TKU определяется значением прямого тока: при малых токах TKU < 0, а при больших TKU > 0.

Контактная разность потенциалов р-n-перехода ψк с ростом температуры уменьшается. Это связано с тем, что при увеличении Т уровень Ферми как в р-, так и в n-областях стремится к середине запрещенной зоны. Уменьшение ψк с ростом температуры определяет некоторое уменьшение ширины ОПЗ и увеличение барьерной емкости p-n-перехода.

Длительность переходных процессов (а значит, и частотные свойства) определяется временем жизни неосновных носителей в базе, которое достаточно сильно зависит от температуры (рис.1.17).



С ростом температуры уровень Ферми ЕF смещается к середине запрещенной зоны. Вероятность заполнения рекомбинационных ловушек, находящихся на энергетическом уровне Et, больше 50 %, если этот уровень находится ниже уровня Ферми, и меньше 50 % — если выше. Дырки, инжектированные в n-базу, при достаточно низких температурах (энергетический уровень ловушек Et находится ниже уровня Ферми ЕF) рекомбинируют с электронами, находящимися на энергетическом уровне Еt. Процесс рекомбинации через ловушечные уровни проходит в два этапа: первый этап — электрон, находясь в ловушке и стремясь к минимуму энергии, попадает на инжектированную в базу дырку, которая в данный момент оказалась под этой ловушкой (рис.1.17, а, 1), второй этап — электрон из зоны проводимости займет освободившуюся ловушку (рис.1.17, а, 2). Оба этапа проходят быстро, и время tp мало.

Рисунок 1.17– Схематическое представление влияния температуры на время жизнинеосновных носителей в n-базе p-n-перехода: а – изменение условий для актов рекомбинации в базе при увеличении температуры; б – зависимость от 1/T; Е – энергетический уровень ловушек

При увеличении температуры растет вероятность того, что ловушка, под которой в данный момент оказалась инжектированная дырка, пуста и акт рекомбинации произойти не может. В этом случае последовательность этапов процесса рекомбинации меняется местами: первый этап — электрон занимает уровень ловушки (см. рис.1.17, а, 1), второй — электрон "падает" на инжектированную в базу дырку, если она в этот момент оказалась под уровнем ловушки. Процесс рекомбинации затрудняется, так как электрон очень короткое время находится на ловушечном уровне, и время жизни дырок tp растет (рис.1.17, б). Таким образом, с ростом температуры длительность переходных процессов в p-n-переходе увеличивается, частотные свойства ухудшаются.



Контрольные вопросы

1. Что такое электронно- дырочный переход?

2. Почему электронно-дырочный переход является выпрямляющим контактом?

3. Как и почему изменяется высота потенциального баръера p-n-перехода с изменением температуры и типа полупроводникового материала?

4. Какие параметры p-n-перехода изменяются при приложении прямого и обратного напряжения?

5. Что такое «инжекция» и «экстракция»?

6. Чем обеднена ОПЗ?

7. Где и как возникает ток генерации и почему он учитывается при обратном смещении p-n-переходов, изготовленных из широкозонных полупроводниковых материалов?

8. Что такое барьерная емкость и от чего она зависит?

9. Какие составляющие входят в величины прямого и обратного токов p-n-перехода?

10. Как различают p-n-переходы по ширине базы?

11. В чем смысл диффузионной емкости и от чего зависит ее величины?

12. Почему обратный ток кремниевого p-n-перехода увеличивается с ростом величины обратного напряжения вне зависимости от ширины базы?

13. Что такое и от чего зависит время восстановления обратного сопротивления тока p-n-перехода (диода)?

14. Почему величина напряжения лавинного пробоя больше величины напряжения туннельного пробоя, а величина критической напряженности поля при лавинном пробое меньше чем при туннельном?

15. Чем определяются частотные свойства p-n-перехода?

16. В чем отличие работы p-n при малом и высоком уровнях инжекции?

17. Как изменяются частотные свойства p-n- перехода при увеличении температуры?

 

ГЛАВА 2. КОНТАКТЫ МЕТАЛЛ – ПОЛУПРОВОДНИК

Большинство электронных приборов, из которых состоит ИС, соединяется друг с другом с помощью контактов металл – полупроводник. Эти контакты на практике получили наибольшее распространение прежде всего из-за того, что благодаря различным электрофизическим свойствам металла и полупроводника (диэлектрическая проницаемость, ширина запрещенной зоны, работа выхода) контакт между ними может быть в отличие от p-n-перехода как выпрямляющим, так и невыпрямляющим.


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 73; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.014 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты