Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
прямом смещении (при подаче на /?-облаСть положительного напряжения) и
при V ~> 3kT/q наклон характеристики постоянен (рис. 20, б); при
температуре 300 °К для изменения тока на порядок требуется изменить
напряжение на 59,5 мВ (=2,3 kT/q). При обратном смещении плотность тока
насыщается и ограничена величиной -Js.
Обсудим теперь кратко влияние температуры на плотность тока насыщения Js.
Ограничимся рассмотрением роли первого слагаемого в формуле (45), так как
роль второго слагаемого аналогична. В случае несимметричного резкого р+-
/г-перехода (с концентрацией доноров в п-области Nv) рп() > пр0 и вторым
членом можно [вообще пренебречь. Все величины Dv, рпГ) и
LP ( = /D~^) зависят от температуры. Если отношение Dpf%p пропорционально
Tv, где 7 - постоянная, то
(46)
96
Глава 2
tW/хт
5'
Рис. 20. Вольт-амперные характеристики идеального р - /г-перехода, а -
линейный масштаб; б •- полулогарифмический масштаб.
Температурная зависимость степенного множителя T&+V/2) го. раздо слабее,
чем экспоненциального. Наклон кривой, описывающей' зависимость Js от 1/Г,
определяется шириной запрещенной зоны Её. Можно полагать, что при
обратном смещении (когда ток будет расти с температурой приблизительно по
экспоненте e~E&lkT, а при прямом смещении (когда JF ~ JseqV'kT) ток будет
расти приблизительно по закону ехр [- (Е3 -
- qV)/kT).
Плоскостные диоды
97
2.4.2. Процессы генерации-рекомбинации носителей [2]
Формула Шокли удовлетворительно описывает вольт-ампер-ные характеристики
германиевых р-"-переходов при низких Плотностях токов. Однако для р-"-
переходов в Si и GaAs эта формула дает лишь качественное согласие с
реальными характеристиками. Основными причинами отклонения характеристики
от идеальной являются: 1) влияние поверхности; 2) генерация и
рекомбинация носителей в обедненном слое; 3) туннелирование носителей
между состояниями в запрещенной зоне; 4) высокий уровень инжекции,
наблюдаемый даже при относительно небольшом прямом смещении; 5) влияние
последовательного сопротивления. Кроме того, под действием достаточно
большого электрического поля при обратном смещении возникает пробой
перехода (например, в результате лавинного умножения) (разд. 2.5).
Поверхность оказывает влияние на р-"-переход в основном за счет ионных
зарядов на ней или вблизи нее, которые индуцируют заряды в
полупроводнике. Это приводит к образованию так называемых поверхностных
каналов или поверхностных обедненных слоев. Наличие канала влияет на
обедненную область р-п-перехода и вызывает возрастание поверхностных
токов утечки. Более подробно поверхностные эффекты рассмотрены в гл. 7 и
8. В кремниевых планарных р-"-переходах поверхностные токи утечки обычно
намного меньше генерационного тока в обедненной области.
Сначала рассмотрим генерационный ток при обратном смещении. В этом случае
из-за уменьшения концентрации носителей при обратном смещении (рп ";),
согласно рассмотренным в гл. 1 явлениям генерации-рекомбинации,
преобладающим будет процесс эмиссии. Скорость генерации электронно-
дырочных пар, согласно уравнению (58) гл. 1, при условиях р <3 "* и п <S
щ составляет
где те - эффективное время жизни носителей, равное обратной величине
выражения в квадратных скобках. Плотность тока, обусловленного генерацией
в обедненной области, принимается равной
w
Vn=J q\U\dx~q\U\W = ^~. (48)
о в
где W - ширина обедненного слоя. Если эффективное время жизни слабо
изменяется с температурой, то генерационный ток будет иметь ту же
температурную зависимость, что и щ. При за-
98
Глава 2
данной температуре "/gen пропорционален ширине обедненного слоя, которая
в свою очередь зависит от приложенного обратного смещения. Таким образом,
следует ожидать* что для резкого перехода
•fgen - (Vu + V)^t
а для плавного перехода
J
gen
(Уы + ю,/3.
(49а)
(496)
Полный обратный ток (при рпо^Про и |F|>3kTfq) можно приближенно
представить суммой диффузионного тока в нейтральной области и
генерационного тока в обедненной области:
J
R
V'
D
Р ________1_
Тф Nd
+
qntW
(50)
В полупроводниках с большим значением tii (таких, как Ge) при комнатной
температуре преобладает диффузионный ток и обратный ток подчиняется
закону Шокли. Если же nt мало (что имеет место, например, в Si), то может
преобладать генерационный ток. Типичные результаты для кремния [3]
приведены на рис. 21 (кривая 5).
При прямом смещении, когда в генерационно-рекомбинационных явлениях в
обедненном слое определяющими становятся процессы захвата носителей, к
диффузионному току добавляется рекомбинационный ток /гес. Подставляя
выражение (28) в формулу (58) из гл. 1, получим
U
°PanvthNtn2i №v/kT - О
оп [л + Щ exp ( Et~kfEl )
р + гц ехр
№)]
(5 )
При выполнении условий Ei - Et и оп - ар - о выражение (51) упрощается и
принимает вид
и =
OV
th
Ntn] С
2 (eqV/kT
О
ОТ/"Л'Л (е
о
п + р -f- 2т
д - (рп) kT
+ ехр
Я (Фр - ч>) j
kT
и
-2
(52)
Величина V достигает максимального значения в той точке обедненной
