Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов
В реальных выпрямительных диодах на основе p‑n перехода при анализе вольт‑амперных характеристик необходимо учитывать влияние генерационно-рекомбинационных процессов в обедненной области p‑n перехода и падение напряжения на омическом сопротивлении базы p‑n перехода при протекании тока через диод. При рассмотрении влияния генерационно‑рекомбинационных процессов в ОПЗ p‑n перехода будем считать, что доминирующим механизмом генерационно-рекомбинационного процесса является механизм Шокли – Рида. В этом случае для моноэнергетического рекомбинационного уровня, расположенного вблизи середины запрещенной зоны полупроводника, выражение для темпа генерации (рекомбинации) имеет вид: . (4.6) Параметры, входящие в соотношение 4.10, имеют следующие значения: γ n, γ p – вероятности захвата электронов и дырок на рекомбинационный уровень; N t – концентрация рекомбинационных уровней; n, p – концентрации неравновесных носителей; n 1, p 1 – концентрации равновесных носителей в разрешенных зонах при условии, что рекомбинационный уровень совпадает с уровнем Ферми. Из уравнений 4.6 и 1.20 следует, что при прямом смещении (V G > 0) произведение концентрации неравновесных носителей p·n будет больше, чем произведение концентрации равновесных носителей p 1 ·n 1 (p·n > p 1 ·n 1). Следовательно, правая часть уравнения 4.6 будет положительная, а скорость изменения концентрации неравновесных носителей dn/dt будет отрицательной. Таким образом, концентрация неравновесных носителей будет убывать и рекомбинация будет преобладать над генерацией. При обратном смещении (V G < 0) соотношения будут обратными, концентрация неравновесных носителей будет возрастать и генерация будет преобладать над рекомбинацией. Рассмотрим более подробно эти процессы. 4.3.1. Влияние генерации неравновесных носителей в ОПЗ p-n перехода на обратный ток диода При обратном смещении (V G < 0) p-n перехода из соотношения 1.20 следует, что . Величина произведения концентрации равновесных носителей p 1 ·n 1 будет равна квадрату собственной концентрации: . В этом случае из уравнения 4.6 следует, что . Учтем, что значения концентрации неравновесных носителей p, n будут меньше концентрации равновесных носителей p 1 и n 1: p < p 1, n < n 1, а величины n 1 и p 1 определяются через объемное положение уровня Ферми j 0t следующим образом: . Тогда получаем: , (4.7) где t e – эффективное время жизни неравновесных носителей, определяемое как . (4.8) Из соотношения 4.7 следует, что скорость изменения концентрации неравновесных носителей dn/dt будет положительной, следовательно, генерация будет преобладать над рекомбинацией. Для того чтобы рассчитать генерационный ток J ген, необходимо проинтегрировать по ширине области пространственного заряда W: . (4.9) Рассмотрим зависимость генерационного тока J ген от обратного напряжения V G, приложенного к диоду, а также от температуры T (рис. 4.5). Зависимость генерационного тока J ген от напряжения V G будет определяться зависимостью ширины области пространственного заряда W от напряжения V G. Поскольку ширина области пространственного заряда W определяется как , то генерационный ток J ген будет пропорционален корню из напряжения: . Величина дрейфовой компоненты обратного тока J 0 несимметричного p+‑n перехода равна: . Сделаем оценку отношения теплового J 0 и генерационного J ген токов для диодов, изготовленных из различных полупроводников: . (4.10) Рис. 4.5. Вклад генерационного тока J ген в обратный ток p‑n перехода Для германия (Ge)характерны следующие параметры: W = 1 мкм; L n = 150 мкм, n i = 1013 см-3, N D = 1015 см-3. Подставляя эти величины в соотношение 4.10, получаем, что генерационный ток и тепловой ток одинаковы, I ген ~ I s. Для кремния (Si) характерны следующие параметры: W = 1 мкм; L n = 500 мкм, n i = 1010 см-3, N D = 1015 см-3. Подставляя эти величины в соотношение 4.10, получаем, что генерационный ток много больше, чем тепловой ток, I ген / I s ~ 2×102. Таким образом, для кремниевых диодов на основе p‑n перехода в обратном направлении преобладает генерационный ток, а для германиевых диодов – тепловой ток. Как следует из уравнения 4.10, соотношения генерационого и теплового токов зависят от собственной концентрации n i. Если собственная концентрация n i мала (широкозонный полупроводник), – преобладает генерационный ток, если значение n i велико (узкозонный полупроводник), – преобладает тепловой ток. 4.3.2. Влияние рекомбинации неравновесных носителей в ОПЗ p‑n перехода на прямой ток диода При прямом смещении (V G > 0) p‑n перехода из соотношения 1.20 следует, что . Из уравнений 4.6 и 1.20 следует, что при прямом смещении (V G > 0) произведение концентрации неравновесных носителей p·n будет больше, чем произведение концентрации равновесных носителей p 1 ·n 1 (p·n > p 1 ·n 1). Предположим, что рекомбинационный уровень E t находится посредине запрещенной зоны полупроводника E t = E i. Тогда p 1 = n 1 = n i, а коэффициенты захвата одинаковы: g n = g p. В этом случае уравнение 4.6 примет вид: . (4.11) Из уравнения (4.11) следует, что темп рекомбинации будет максимален в том случае, если знаменатель имеет минимальное значение. Это состояние реализуется в той точке ОПЗ, когда квазиуровни Ферми находятся на равном расстоянии от середины запрещенной зоны, то есть расстояние j 0 n,p от середины зоны E i до квазиуровней F n и F p одинаково и равно . При этих условиях знаменатель в уравнении 4.11 будет иметь значение . Следовательно, для скорости генерации имеем: . Величина рекомбинационного тока J рек после интегрирования по ширине области пространственного заряда W имеет вид: . (4.12) Полный ток диода при прямом смещении будет складываться из диффузионной и рекомбинационной компонент: . (4.13) Из (4.13) следует, что прямой ток диода можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью типа , в случае значения коэффициента n = 1 ток будет диффузионным, при n = 2 – рекомбинационным. На рисунке 4.6 показана зависимость тока диода от напряжения при прямом смещении в логарифмических координатах. Из приведенных экспериментальных данных для диода следует, что тангенс угла наклона равен 0,028 В, что с высокой степенью точности соответствует значению kT/q, равному 0,026 В при комнатной температуре. Рис. 4.6. Зависимость тока диода от напряжения при прямом смещении [2, 23] Date: 2015-05-05; view: 602; Нарушение авторских прав |