Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
смыкания и плоских зон в р+-п-/?+-диоде имеют такой же вид, как и для
МПМ-структуры. Для усложненной р+-i-п-п-/?+-структуры из аналогичных
рассуждений можно получить величины V$T, VFB, x# и соотношения между
приложенным напряжением и падением напряжения на смещенном в прямом
направлении переходе [78].
Протекание тока через р+-п-/?+-диод, в котором произошел прокол,
определяется теми же механизмами, что и в МПМ-струк-туре. Единственным
отличием является отсутствие в равенствах (71) и (72) множителя exp (-
qq>Bp!kT) в случае инжекции носителей через смещенный в прямом
направлении р+-п-переход [77], т. е.
J =. AT*exp {-q (VFB - VflAkTVFB\ = JFB exp [- "Mg-JZ-].
(75)
Высота барьера в структуре PtSi-Si равна 0,2 эВ. Следовательно, при
температуре 300 К и заданном напряжении, превышающем напряжение смыкания,
ток р+-п-р+ -диода будет приблизительно в 3000 раз больше тока МПМ-
структуры. При комнатной температуре JFB (&А*Т2) составляет ~107А/см2.
Поэтому в обычных рабочих условиях эффект ограничения объемным зарядом
становится существенным при токах, значительно меньших JFB.
206
Г лат 10
н~ -
о- П *- а п р* -о о р* t п ж Р*
?
А~у,\
a
Рис, 39. Распределение электрического поля при малых смещениях и проколе
и энергетические диаграммы при проколе для р+ - п - р+-структуры (а) и
п
я - -структуры (б).
Типичная вольт-амперная характеристика кремниевого р+- п-р+-диода с
концентрацией примеси 5-1014 см-3 и шириной базы 8,5 мкм приведена на
рис. 40. Напряжение плоских зон равно 29 В, а напряжение смыкания
составляет ~21 В. Отметим, что сначала ток возрастает экспоненциально, а
затем линейно с напряжением. Экспериментальные результаты находятся в
хорошем соответствии с рассчитанными с помощью равенств (74) и
(75) зависимостями.
Для эффективной работы ИПД необходимо контролировать величину
инжектированного заряда. Поэтому ток должен резко возрастать с
увеличением напряжения. Линейная вольт-амперная зависимость, связанная с
эффектом ограничения объемным зарядом, будет ухудшать характеристики
прибора. Обычно оптимальная плотность тока значительно меньше J - qvsND.
Описанный выше диод со смыканием обедненных областей (который также
называют диодом g проколом) используется в каче-
Лавинно-пролетные диоды
207
Рис. 40. Вольт-амперная характеристика кремниевого р+ - п - р+*диода в
условиях работы с проколом [77].
-------теоретическая; ¦-#-
экспериментальная.
К в
стве быстродействующего ограничителя напряжения, поскольку ток в таком
диоде резко возрастает, как только напряжение превысит напряжение
смыкания. Эффект накопления заряда практически отсутствует; кроме того,
диод обладает хорошей температурной стабильностью. Были созданы диоды со
смыканием с рабочим напряжением ~1,5 В, причем характеристики были
сравнимы и даже лучше, чем характеристики зинеровского диода, в котором
используются явления лавинного пробоя или туннелирования (при больших
напряжениях - лавинный пробой, при малых - туннелирование) 179].
10.7.2. Малосигнальные характеристики
Ниже показано, что малосигнальное сопротивление инжекцион-но-пролетного
диода отрицательно и, следовательно, в нем самопроизвольно возбуждаются
колебания. Рассмотрим р+-п-р+-
208
Глава 10
+ о-
п
О
°ic,\ три веское поле
IV
Лрейродая скорость
11
У9
О
Область низко so поля
а
Область
насыщения
скорости
Рис. 41. Распределения элек-"°- трического поля (а) и скорости (б) в
области дрейфа в ИПД [81 ].
структуру. Распределение электрического поля при напряжении смещения,
большем напряжения смыкания, приведено на pHG. 41, а. Точка х%
соответствует максимальной потенциальной энергии инжектированных дырок;
ее положение определяется выражением (70). Точка а отделяет область
относительно слабых электрических полей от области, в которой дрейфовая
скорость носителей равна скорости насыщения, т. е. & ;> a v = v3 (рис.
41, б). Если концентрация инжектированных носителей невелика, то
s I
qN D
(76)
Время пролета носителями области дрейфа (л;# < х < W) определяется
следующим выражением [80 ]:
а W а
____ Г dx г dx г
%d ~~ J (*) J ~йГ ~ J
dx
Хр
W - а 3,75es . W - a
•X- -..I -¦ I ¦ - ¦ i J.
Vs
QVtiNd
Vs
x$
(77)
Для того чтобы получить выражение для малосигнального импеданса диода,
используем подход, аналогичный подходу, примененному в разд. 10.3.2, и
представим зависящие от времени вели-
Лавинно-пролетные диоды
209
чины в виде сумм, не зависящих от времени и малосигнальных переменных
компонент:
J (t) = J0 -f Jew,
. (78)
V(/)"
Подставив эти соотношения в выражение (75), получим выражение для
линеаризованной переменной составляющей инжекцион-ного тока дырок
/ = о<Г, (79)
где о - инжекционная проводимость на единичную площадь, равная
п___ т в* (Vfb ~ уо) /"0^
° - J" NDWkT * '
причем J0 - плотность тока, определяемая выражением (75), в котором V
следует заменить на V0. Инжекционная проводимость возрастает при
увеличении напряжения, достигает максимума, а затем быстро убывает, когда
