1.3. вольт АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА р-п ПЕРЕХОДА

Полный ТОК / через переход складывается из диффузионного тока /диф, обусловленного движением носителей заряда-вследствие наличия градиента их концентраций,и дрейфового тока /др, создаваемого движением носителей заряда в электрическом поле. В свою очередь, и диффузионный, и дрейфовый токи состоят из дырочной и электронной составляющих:

I - ip- In ~ /дпф р + /дифп + др р+ /др п (1-9)

Токи /р и /„ для одномерного случая, создаваемые дырками и электронами, равны

(I.10) (I. И)

Здесь X - координата, отсчитываемая в направлении, перпендикулярном к плоскости перехода; S - площадь перехода; Е{х) - напряженность электрического поля в плоскости X.

Приближенно можно считать, что дырочный ток в р-об-ласти обусловлен почти целиком дрейфовой составляющей" (так как концентрация дырок в этой области велика), а в л-области - диффузионной (здесь концентрация дырок мала, но градиент ее значителен). Аналогично, ток электронов в л-области является дрейфовым, а в р-области -диффузионным. Следовательно, вычислив диффузионные токи и сложив их, получим полный ток через переход. При этом предполагается, что р-п переход является тонким и носители заряда, проходя через него, не успевают рекомбинировать.

Для вычисления диффузионного тока необходимо знание распределения концентраций носителей заряда по обе стороны от перехода.

Расчет показывает, что

p„(x) = p„+Pie , (1-12)

Пр(х) = Пр + П1е . (1.13)

Величины pi и rii - избыточные концентрации неосновных носителей па границах перехода. Они зависят от приложенного к переходу внешнего напряжения U:

Pi = Рп

п, = «,

(1.14)

(1.15)

Дифференцируя выражения (1.12) и (1.13) и используя формулы (1.14) и (1.15), получаем следующие зависи.мости для диффузионных токов на границах перехода при х = 1 и X = -lp.

и.фр = 8д -[eri) (1.16)

/диф п = Sq

(1.17)

Следовательно, полный ток

В формуле (1-18) положительным напряжением считается такое, когда плюс приложен к области р.

Выражение (1.18) описывает j А

вольтамперную характеристику р-п перехода (рис. 1.2).

Величина тока /о определяется физическими свойствами полупроводникового материала, на основе которого изготовлен р-п переход.

В реальных переходах обратный ток /о оказывается больше вычисленного по формуле (1.18). Он складывается из нескольких составляющих.

Первая - тепловой ток /о, обусловленный генерацией носителей заряда вне области

Рис 1.2. Вольтамперная характеристика р-п пере-. хода

перехода (его мы вычисляли выше, размерами области пространственного заряда при этом пренебрегали).

Вторая - ток термогенерации носителей заряда в области пространственного заряда перехода Ig. Отличительной особенностью этого тока является зависимость его от напряжения. Так как ширина перехода увеличивается с ростом напряжения, то возрастает и ток термогенерации. У большинства германиевых переходов при комнатной температуре ток термогенерации, как правило, существенно меньше теплового тока, у кремниевых переходов наблюдается обратное соотношение. Ток термогенерацни экспоненциально растет при увеличении температуры.

Третья - ток утечки /у, шунтирующий переход. Этот ток обусловлен проводимостью поверхности кристалла. Его величина зависит от характера обработки поверхности и от условий среды в которую помещен р-п переход.

Ток утечки слабо зависит от температуры. Изменение его во времени вызывает наблюдаемую иногда нестабильность обратного тока диода.

1.4 ЕМКОСТЬ ПЕРЕХОДА " ,

Образование р-п перехода связано с возникновением объемных зарядов Q, создаваемых неподвижными ионизованными атомами примесей. Приложенное к переходу внешнее напряжение изменяет величину объемного заряда в переходе.

Следовательно, р-п переход ведет себя как своеобразный плоский конденсатор. Обкладками конденсатора служат проводящие области п и р, а изолятором - обедненный носителями слой объемного заряда, имеющий большое сопротивление.

Особенностью этого конденсатора, отличающей его от обычного, является то, что емкость меняется при изменении приложенного напряжения. Действительно, объемный заряд образуется неподвижными атомами примеси, и лкэбое увеличение его должно быть связано с изменением ширины области, занимаемой объемным зарядом Это эквивалентно увеличению расстояния между пластинами обычного конденсатора и уменьшению его емкости. Емкость резкого перехода получается равной