Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 33 приведены зависимости <§ i и ёг от х для кремниевых линейных
переходов цри г3=!1 мкм ^штриховые линии) и 0=10 мкм .(сплошные линии), а
также значения С, выбранные таким образом, чтобы удовлетворялось условие
пробоя. Как видно
Imhm (UB~ IGftb)
" rj~WMKM(CfB= 16,2b) a=WuCM
0,2 tin- if
Рис. 33. Распределение поля при пробое кремниевых переходов с линейным
распределением примеси для двух значений г, [Л. 18].
из графика, распределение поля (§2 приблизительно симметрично по
отношению к металлургическому переходу. Поэтому площади, заключенные
между кривыми ?i(x) и ??(х) для г-fj<0 и для г-Tj>0, приблизительно равны
между собой.
Так как эти площади определяют величину напряжения пробоя, последнее
практически не зависит от Гу Однако в случае резких переходов
распределение поля относительно металлургического перехода является
несимметричным, как это показано на рис. 34. В этом случае площадь,
заключенная между кривыми S i (х) и (g-г (х), увеличивается с ростом t j,
что приводит к сильной зависимости Uв от о для резких переходов.
На величину напряжения пробоя, томим(c) кривизны перехода, влияет также ряд
других эффектов, как, например, прокол, микро-плазмы, поверхностные
эффекты. Влияние прокола показаио на рис. 35, аде приведены зависимости
напряжения 'пробоя от концентр алии примеси .в 'базе дая резких
кремниевых переходов, полученных на эпитаксиальных
6/ см х 105 слоях ("-типа на под-
' ----------------------------------------ложке "+-типа и р-тип
на подложке р+-типа), для различных значений толщины эпитаксиального слоя
117. Значение напряжения пробоя при данном значении W увеличивается с
уменьшением концентрации примеси в базе, стремясь к постоянной величине,
определяемой состоянием полного прокола эпитаксиального слоя. Влияние
микроплазмы выражается в локальном пробое в небольших областях с
повышенной величиной электрического поля, например, в местах расположения
дефектов решетки или металлических включений. С уменыде-
12 мкм
Рис. 34. Распределение поля при пробое для кремниевого несимметричного
резкого перехода при двух значениях г,-(300 °К) [Л. 18].
Рис. 35. Зависимость напряжения пробоя для резкого р-п перехода (сплошная
линия) и для p+-jt-n+ и p+-v-n+ структур (пунктирные линии). Здесь
символом л обозначен слаболегированный кремний р-типа, символом v -
слаболегированный кремний п-типа,
W - ширина jt- или v-области.
нием числа .кристаллических дефектов, выражающемся .в уменьшении числа
ямок травления, скажем, до величины менее 100 см~2, влияние -микроплазм
должно уменьшаться. Поверхностные эффекты также сильно влияют на
характеристики -пробоя, однако мы рассмотрим этот -эффект -подробнее в
гл. ilO.
6. Импульсные свойства и шумы
1. Переходные процессы. При использовании диодов для переключения
важно, чтобы переход из открытого состояния в закрытое происходил
достаточно быстро. На рис. 06,а показана 'простая схема, в которой через
переход течет прямой ток If', в момент времени t=0 ключ S перебрасывается
в правое положение, и через переход начинает течь обратный ток, величина
которого в первый момент 'составляет Ir^U/R. Время .переходного процесса
определяется как время, в течение которого ток достигает 110%
первоначального тока In. Как показано на рис. '36,6, ото время равно
сумме ti+t2, еде h-фаза /протекания постоянного тока, а Ь2 - фаза спада
тока. /Рассмотрим сначала фазу протекания постоянного тока. Уравнение
непрерывности, -которое было да-но в гл. 2, может быть ваииоано для п-
обла-сти /(при /условии ppo<^fino) как
dpn(x,t) " д2Рп (х, t) pn(x,t) - pnо -di-= ^ ' (85)
ГДе Tjj - время жизни неоон-овных носителей.
*1 .раишчные условия определяю гоя тем, что распределение -дьгрок ири t--
0 дается решением диффузионного уравнения для стационарных (условий, и
напряжение на переходе определяется из -уравнения (33) как
АЛМ)_ (86)
kT
t/, = -in
РпО
На рис. 36,г иоиазаво распределение концентрации неосновных иосителей в
зависимости от времени [Л. 28]. Из уравнения (86)
можно, рассчитать, что др тех
~Ur
в)
пор, пока рп(0, t) превышает Рпо (т. е. в течение интервала времени
0<f</i), напряжение на переходе Uj остается порядка kT/q, как показано на
рис. 36,в, и ток IR определяется приблизительно как U/R=const. Таким
образом, этот интервал времени представляет собой фазу постоянного тока.
Однако в момент времени tt или вблизи этого момента концентрация дырок
приближается к нулю, напряжение на переходе стремится к -оо, и теперь
выполняется уже другое граничное условие. Это фаза спада гока, для
которой выполняется граничное условие р(0, t) = =Pno=const. Решение для
ti и t2 было получено Кингстоном [Л. 28] в виде трансцендентных
уравнений:
erf
а
1
1 + /
(87)
Рис. 36. Переходные процессы в р-п переходе '[JL 28].
а - принципиальная схема переключения; б - изменение тока при
переключении; U - длительность фазы постоянного тока; ^-длительность фазы
спада тока; в-напряжение иа переходе в функции времени; г - распределение
