в этой формуле за положительное принимается обратное напряжение на переходе.

Выражение (1.19) определяет так называемую барьерную емкость р-п перехода при заданном напряжении на нем. Ее существование не связано с протеканием тока через переход, и, за исключением нелинейности, барьерная емкость р-п перехода аналогична по свойствам емкости обычного конденсатора.

Кроме барьерной, р-п переход обладает так называемой диффузионной емкостью. Протекание прямого тока через р-п переход сопровождается попаданием неосновных носителей заряда - дырок в л-область, а электронов в р-область.

Процесс введения неосновных носителей заряда называется инжекцией. Принципиальной особенностью поведения инжектированных носителей заряда является их сравнительно большое время жизни до рекомбинации с основными носителями заряда. Если в течение времени жизни (апряжение иа переходе изменить с прямого (при котором Ьроисходит инжекция) на обратное, то инжектированные носители заряда могут быть вновь возвращены через переход в ту область, из которой они пришли. Этот процесс называется экстракцией носителей заряда.

Чем больше прямой ток через переход, тем больше инжектируется носителей заряда. Следовательно, тем большее их количество может быть экстрагировано при изменении полярности напряжения и пройдет в виде импульса тока по внешней цепи.

Описанные процессы аналогичны заряду и разряду конденсатора некоторой емкости.

Обусловленная инжещией неосновных носителей заряда емкость перехода называется диффузионной.

Из соотношения (1.18) для вольтамперной характеристики можно сделать вывод, что доля ур тока, переносимого одним типом носителей заряда (например, дырками), по отношению к полному току равна

(1.20)

,pLp

Рп Ln

2 Зак. 1758 17

Величина Ур называется коэффициентом инжекции. Если выполняется условие Рр < рп, то Ур 1. Это означает, что полный инжектированный заряд почти целиком образуется дырочной составляющей тока. При этих условиях выражение вольтамперной характеристики принимает вид

Используя формулу (1.14). можно сделать вывод, что

величина SqLj,p„ е*" - 1 j в последнем выражении представляет прлный заряд Qp, образуемый инжектированными дырками в «-области.

Ток через переход будет равен

/ = (1-22)

Из соотношения (1.22) легко получить выражение для Диффузионной- емкости перехода:

Сд„ф = =г = г(/+/о). (1.23)-

Величина диффузионной емкости пропорциональна току через переход. Она становится малой, когда на переход подано обратное напряжение, т. е. при / ж -/о-

В этом случае основную роль играет барьерная емкость перехода Се. Наоборот, при больших прямых токах емкость перехода определяется величиной диффузионной емкости Сдиф, которая значительно превышает барьерную.

. 1.5. ПРОБОЙ р-и ПЕРЕХОДА

Пробоем р-п перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои р-п перехода.

Электрический пробой. Вследствие малой ширины перехода (~10* см) напряженность электрического поля в нем достигает большой величины при сравнительно небольших напряжениях (единицы или десятки вольт).

Существуют два механизма электрического пробоя: туннельный (его называют также зенеровским или полевым) и лавинный.

Туннельный пробой, в основе которого лежит квантово-механический туннельный эффект, проявляется в том, что под действием сильного электрического поля перехода происходит эмиссия электронов из валентной зоны в зону проводимости. Этот эффект аналогичен так называемой холодной эмиссии электронов с поверхности металла, находящегося в сильном электрическом поле.

Вольтамперную характеристику в области туннельного пробоя можно описать приближенным выражением

I-,ch& кр . (1.24)

Таким образом, ток пробоя сильно зависит от напряженности электрического поля. Особенно интенсивно ток возрастает после достижения полем некоторого критического значения £кс- Расчетное значение Скр для кремния лежит около 5-10в/слг.

Используя связь между напряженностью поля в сплавном (резком) переходе и напряжением на нем, можно получить зависимость

Здесь Ut- - напряжение туннельного пробря. Величина U-r обратно пропорциональна концентрации основных носителей заряда в базе диода (или прямо пропорциональна величине удельного сопротивления).

Для кремниевых переходов можно пользоваться следующей эмпирической зависимостью:

t/ = 39р„ + 8рр. (1.26)

Используя формулы (1.24) и (1.25), можно записать выражение для дифференциального сопротивления перехода в области туннельного пробоя:

Rn-r- (1.27)

где В - коэффициент, учитывающий свойства материала. С увеличением пробивного тока ди4х)еренциальное сопротивление падает.

2* 19 .