- •3. Собственные и примесные полупроводники
- •Неравновесное состояние полупроводника
- •Тема 2. Электронно-дырочный переход.
- •1.Формирование р-п-перехода
- •2.Р-п-переход при отсутствии внешнего напряжения.
- •3.Р-п-переход при прямом напряжении.
- •4.Р-п-переход при обратном напряжении.
- •Тема 3. Полупроводниковые диоды
- •1. Устройство полупроводниковых диодов
- •Выпрямительный режим работы полупроводниковых диодов
- •Дифференциальные параметры диода и емкости диода
- •5. Пробой диода.
- •Туннельный пробой.
- •Лавинный пробой.
- •Тепловой пробой.
Дифференциальные параметры диода и емкости диода
Дифференциальные параметры связывают между собой малые изменения величин, определяющих работу диода. Ток в диоде является функцией двух независимых переменных — напряжения и и температуры Т, поэтому дифференциал тока, то есть его приращение, имеет две составляющих:
(*)
Частные производные перед дифференциалами независимых переменных и представляют собой дифференциальные параметры диода. Введем для них обозначения:
Дифференциальная крутизна ВАХ (прямая проводимость), мА/В:
Дифференциальная температурная чувствительность тока диода, мА/0С:
Используя введенные обозначения, запишем соотношение (*) в следующем виде:
Если принять за независимые переменные ток и температуру Т, то дифференциал напряжения можно представить в виде
(**)
В этом случае для дифференциальных параметров вводят обозначения:
Дифференциальное сопротивление диода, Ом:
Дифференциальная температурная чувствительность напряжения диода, мВ/0С:
.
Используя введенные обозначения, запишем соотношение (**) в следующем виде:
Переходя от бесконечно малых приращений к конечным, дифференциальные параметры можно определить по вольт-амперным характеристикам диода, снятым для двух значений температуры (рис. 3.7).
При рассмотрении процессов в р-п-переходе было установлено, что в самом переходе и в областях, прилегающих к переходу, существуют электрические заряды, которые изменяются при изменении подводимого к переходу напряжения. Такое изменение зарядов воспринимается внешней цепью как электрическая емкость.
Барьерная емкость характеризует изменение электрического заряда внутри перехода вследствие изменения его шириныпри изменении внешнего напряженияи:
Диффузионная емкость характеризует изменение избыточного заряда, накапливаемого в областях, прилегающих к р-п-переходу, при изменении подводимого к переходу напряжения:
5. Пробой диода.
Пробой диода - резкое увеличение обратного тока при некотором значении обратного напряжения. Различают три вида пробоя: лавинный, туннельный и тепловой.
Туннельный пробой.
Туннельный пробой обусловлен туннельным эффектом, то есть «просачиванием» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер. Он наблюдается в том случае, когда при подаче обратного напряжения возникает перекрытие энергетических зон (рис. 3.4), вследствие чего электроны могут переходить из валентной зоны р-области в зону проводимости п-области.
Для возникновения туннельных переходов необходимо, чтобы напряженность поля в переходе достигла определенной критической величины .
Экспериментально установлено, что для германия , для кремния,что достижимо только в очень узких р-п-переходах, получаемых при высокой концентрации примеси.
Туннельный пробой с повышением температуры наступает при более низком обратном напряжении. Объясняется это тем, что с ростом температуры у полупроводников уменьшается ширина запрещенной зоны, соответственно, уменьшается толщина р-п-перехода и возрастает напряженность поля в переходе, что увеличивает вероятность возникновения туннельного пробоя.