Электротехника и электроника

1. Основы полупроводниковой электроники. Контактные явления: 1.2. Электронно - дырочный переход.

1.2.2. Электронно - дырочный переход при внешнем воздействии

При подключении к p-n-переходу внешнего напряжения плюсом к полупроводнику р-типа (прямое включение) потенциальный барьер для основных носителей уменьшается, через переход потечет ток, увеличивающийся с увеличением внешнего напряжения. При изменении полярности внешнего напряжения (обратное включение) потенциальный барьер увеличивается, весьма малый обратный ток определяется дрейфом только неосновных носителей.

Зависимость тока через переход от приложенного к нему внешнего напряжения определяет так называемую вольтамперную характеристику перехода (ВАХ). Для идеального p-n-перехода имеет место следующая зависимость тока от напряжения

(1.4)

где I_s - обратный ток насыщения неосновных носителей при обратном напряжении на переходе. При u >> 0,025 В величина , поэтому в этом случае можно считать , а при u << -0,025 В, , поэтому можно считать, что при больших обратных напряжениях обратный ток равен току насыщения.

Рис. 1.4

На рис.1.4 пунктиром показана ВАХ идеального p - n -перехода в соответствии с выражением (1.4) для тока насыщения, равного 5 мкА, сплошные кривые соответствуют реальным переходам с кристаллом из германия ( Ge ) и кремния ( Si ). Для германия ток насыщения составляет примерно 10 мкА, а для кремния 10^-15…10^-13 А. В выражение (1.4) для малых токов кремниевого перехода в формулу (1.4) вводят коэффициент m =2…2,5:

Обычно графики для прямых и обратных токов представляются в разных масштабах как для токов, так и для напряжений, поскольку прямые напряжения составляют доли вольта при токах несколько миллиампер , а обратные напряжения – десятки вольт при токе доли и единицы микроампер.

В каждой точке нелинейной ВАХ можно найти производную, которая характеризует дифференциальные проводимость или сопротивление, сильно отличающиеся на прямой и обратной ветвях ВАХ.

На вид и положение ВАХ в значительной степени влияет температура p - n -перехода . Считается, что ток насыщения I_S изменяется примерно в два раза у германиевых переходов и в 2,5 раза у кремниевых на каждые 10 градусов изменения температуры, при этом изменение падения напряжения на переходе составляет –(2…2,5) mВ/^оС. В интегральных схемах это изменение достигает величины -1,5 mВ/^оС.

Максимально допустимые температуры для германиевых переходов составляют 80…100^оС, для кремниевых переходов – 150…200^оС .

© Андреевская Т.М. Кафедра РЭ, МИЭМ, 2005.