с р-п переходом подавляющая часть тока обусловлена инжек-цией неосновных носителей, поэтому их ток нельзя рассматривать как эмиссию через переход. Значение /„р здесь определяется сравнительно медленными процессами диффузии и рекомбинации. Учет этого приводит к отклонению от выражения (3.4) на высоких частотах: в нем появляется дополнительное слагаемое kT{gn - go)A/. где gn и go - соответственно проводимости перехода на измеряемой и низкой частотах. С учетом этой поправки формула (3.5) может быть записана в следующем простом виде [8, 9]:

= AkTgn А/ - 2ql Af. (3.10)

Выражение (3.10), хорошо согласуется с результатами измерений для германиевых диодов при не очень больших токах через диод (до ~1 ма) [7].

Для кремниевых диодов результаты, полученные по формуле (3.10), отличаются от измеренных. Причина этого состоит в том, что у кремниевых диодов, кроме определяемого выражением (3.3) термоэлектронного тока, заметную величину составляет ток генерации в слое объемного заряда [47]:

/(expg-l). (3.11)

Суммарный ток диода аппроксимируется выражением

где 1 < m < 2. В работе [ И ] получено выражение для среднеквадратичного тока дробового шума перехода С учетом тока генерации в слое объемного заряда

= 4kTg, А/ ~ 2<? А/, (3.13)

которое удовлетворительно согласуется с измерениями кремниевых диодов при небольших (до ~1 ма) токах через Диод.

Дробовой шум при больших тока.х. При больших токах через Диод (больших --1 ма) наблюдаемые шумы превышают значения, рассчитываемые по формулам (3.5) и (3.10). Теория, которая количественно объясняла бы эти отклонения, пока отсутствует.

Влияние сопротивления базы на шум диода. Выражения (3.S), (3.10), (3.13) определяют только шум перехода. Шум

реального диода слагается из шумов перехода и базы. Величина сопротивления базы зависит от тока диода. Следует различать сопротивления базы для постоянного и переменного токов.

Если Uu = iR есть падение напряжения на сопротивлении базы для постоянного тока, то сопротивление базы на переменном токе

dUr, dR

~-~W = +-dГ (3.14)

Величину i-jr = Re называют сопротивлением, модуляции базы. В полупроводниковых диодах сопротивление /?мб отри-

-

Рис. 3.1. Эквивалентная схемэ полуцроводнико-вого диода как генератора шума.

дательное: вследствие инжекции неосновных носителей и других эффектов с ростом тока сопротивление базы падает. На высоких "частотах это сопротивление становится комплексным и, как следует из измерений и расчета, имеет индуктивный характер [48, 49].

Шумы базы удобно разделить на шумы, связанные с сопротивлением модуляции Rt, и шумы сопротивления базы R на постоянном токе. Можно считать [5], что сопротивление базы на постоянном токе порождает только тепловой шум. Модуляция сопротивления базы (сопротивление Rut) обусловлена инжекцией, т. е. связана с изменением тока через р-п переход. Соответственно шум от /?„б должен быть коррелирован с шумом перехода. На эквивалентной схеме диода эту связь учитывают включением сопротивления R,,t в цепь генератора шумового тока

перехода и добавлением генератора шума Лмб, (рис. 3.1).

Есл!и пренебречь генератором Аиб, эквивалентное сопро-

тивление шума при I 1о будет

Ru.==~+R+R«6+~, (3.15)

где R„ -дифференциальное сопротивление перехода. Последний член в формуле (3.15) мал по сравнению с предыдущи-мн. Таким образом, шум диода равен сумме дробового шума перехода R„/2 и теплового шума сопротивления базы на переменном токе. Последнее согласуется с экспериментальными данными для плоскостных диодов. Отклонения должны наблюдаться для диодов с большим сопротивлением базы в области больших токов (малых Rn).

3.3. ШУМЫ в ОБЛАСТИ ПРОБОЯ р-п ПЕРЕХОДА

Шумы в области пробоя р-п перехода значительно превышают уровень дробового шума (3.1). Имеется несколько причин такого увеличения шума.

Шумы у начала области лавинного пробоя. В высоковольтных диодах (например, в кремниевых с Unp > 7 е), где пробой проходит в виде лавинного умножения носителей, большие шумы наблюдаются у начала пробивной области. На осциллограмме происходящий процесс представляется в виде последовательности импульсов с беспорядочными амплитудами и фазами. В цепи с высоким сопротивлением эти импульсы близки к треугольным, а в цепи с низким сопротивлением - к прямоугольным. Несмотря на колебательный характер процесса, спектр его на низких частотах является равномерным. У частоты повторений импульсов спектр имеет подъем и далее резкий спад. Интенсивность шума (на участке вольтамперной характеристики, где он наблюдается) слабо зависит от смещения на диоде. Начало лавинного пробоя проходит по так называемым «микроплазмам» - участкам р-п перехода размером ~ 10-8 - 10-4 см.

Рассматриваемый шум объясняется возникновением и рассасыванием микроплазм. Процессы в микроплазмах аналогичны процессам при пробое по всему переходу. При возникновении микроплазмы на этом участке появляется отрицательное сопротивление и напряжение падает; при рассасывании микроплазмы напряжение снова возрастает. Наблюдаемые амплитуды импульсов шума близки к падению