Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
резких переходов и отрицательно для р-i-п-диодов [27 ].
Сначала рассмотрим р4-п-я+-диод с асимметричным резким переходом (рис. 6,
а). Когда приложенное напряжение V равно напряжению пробоя VB, абсолютная
величина напряженности электрического поля \<3х\ максимальна в точке х =
0 и равна <?т. Если предположить, что электроны движутся в обедненной
области со скоростью насыщения v8, то ток I равен
где р - плотность заряда носителей и А - площадь. Изменение напряженности
электрического поля Аё1 (х), связанное с объемным зарядом носителей,
можно найти из равенства (11) и уравнения Пуассона
Если предположить, что все носители генерируются в области умножения
шириной хА, го изменение напряжения, связанное с объемным зарядом в
области дрейфа W - хА% можно найти, проинтегрировав Ш (*):
/ = и,р/4,
(И)
/U\4y4 2/iesi>s
(13)
о
Полная величина приложенного напряжения равна
V ¦- V в -j- AV в = V в ~1" / ^бс>
(14)
Лавинно-пролетные диоды
161
где R$g - сопротивление области пространственного заряда [28], которое
определяется из выражений (13) и (14):
R.
SC
AVB
(W-XA)*
2Azsvs
(15)
Для значений параметров, приведенных на рис. 6, а, сопротивление области
пространственного заряда приблизительно равно йО Ом при А = 10~4 см2.
В р-i-п- или р-v-л-диодах ситуация отличается от случая р+-л-перехода.
Когда приложенное напряжение достаточно для начала лавинного пробоя,
обратный ток мал. Влиянием объемного
I
f
5
4
3
Z
1
О
7,9 к/t/см2 л Л9И/смг
7,3 к/! /см 2 ¦ 79 И/см 2
о хк
>х-
<м
1
* 101 I
I юг
J__L
*40 45 50 5560
К В а
Рис. 6. Распределения примесей электрического поля и вольт-амперные
характеристики р+ - п - п+-диода (а) и р+ - V - п+-диода (б) [27],
162
Глава JO
заряда можно пренебречь, а поле считать практически однородным в
обедненной области. По мере увеличения тока все большее количество
электронов генерируется за счет ударной ионизации вблизи р-/-перехода, а
дырок - вблизи п-i перехода (так как поле имеет два максимума, см. рис.
6, б). Возникающий пространственный заряд снижает электрическое поле в
центре v-области.
w
Поэтому уменьшается и напряжение, которое равно J 8dx. Это
о
приводит к уменьшению сопротивления р-v-"-диода по постоянному току (рис.
6, б).
10.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
10.3.1. Запаздывание, связанное с инжекцией.
Пролетный эффект
Сначала рассмотрим запаздывание фазы, связанное с инжекцией, и пролетный
эффект в идеализированном приборе 129]. Предположим, что импульс тока
проводимости инжектируется при х = 0 (рис. 7) с фазовым углом <р по
отношению к полному току, а приложенное к диоду постоянное смещение
таково, что инжектированные носители заряда пролетают область дрейфа со
скоростью насыщения и8. Плотность переменного тока проводимости Jс при х
- 0 равна полной плотности тока J со сдвигом по фазе:
Jc (х = 0) = /ехр (-/<р). (16)
В произвольной точке области дрейфа полный переменный ток равен сумме
тока проводимости и тока смещения:
J (х) = jc(x)±jd (х) = Jc(x = 0) -f (*), (17)
Область дрейфа
i = W ?
Инжекц ионная плоскость
Рис. 7. Идеализированны" диод, в коюром носители инжектируются при х - 0
и движутся в области дрейфа со скоростью насыщения.
Лнжекционная
область
Лавинно-пролетные диоды
163
где & (.х) - переменная компонента напряженности электрического поля. Из
выражений (16) и (17) получаем
7(\ - e-f"x/vs-/n <§f(x) = ^-^-%-----------------------------L. (18)
' ' /wes v '
Проинтегрировав выражение (18), найдем импеданс диода w
[ & (я) dx
-----= ^[i---*V~'e>]' <l9>
где С - es/W - емкость на единицу площади и 0 = uiWlvs - пролетный угол.
Выделив действительную и мнимую части выражения (19), получим
р __ cos ф cos (ф -f~ 9) ,г
" (оСО * №
X - -____!_L sin (0 + ф)- sin ф .у.
ыС с"С0 * '
Ниже мы изучим влияние инжекционного фазового угла q> на сопротивление по
переменному току R. Когда угол ср равен нулю (нет фазового запаздывания),
сопротивление пропорционально величине (1 - cos 0)/0, которая всегда
больше или равна нулю (рис. 8, а), и поэтому сопротивление положительно.
Следовательно, только пролетный эффект не может приводить к возникновению
отрицательного сопротивления. Однако если <р Ф О, то сопротивление
отрицательно при некоторых значениях пролетных углов. Например, при Ф =
я/2 наибольшее отрицатель-ьое сопротивление соответствует углу пролета 0
Зя/2 (рис. 8, 6). На этом принципе основана работа инжекционно-пролетного
диода: инжекция неосновных носителей через барьер вносит фазовое
запаздывание 90°, а пролетный угол, равный 270°, оптимизирует
характеристику прибора. Детальный анализ работы ИПД проведен в разд.
10.7. Если ф = л, сопротивление максимально при
0 = я (рис. 8, в). Эта ситуация соответствует лавинно-пролетному
режиму, в котором фазовый сдвиг 180° достигается за счет конечного
времени нарастания лавинного тока, а пролетный эффект приводит к
добавочному запаздыванию на 180°.
Изложенное выше подтверждает важность инжекционного запаздывания.
