р- n - переход

р-n - переход

Автор Останин Б.П. Конец слайда

p-n переход Слайд 1. Всего 29

Структура p-n перехода

Дырки диффундируют из слоя р в слой n (их концентрация в слое р значительно выше, чем в слое n).

Электроны диффундируют из слоя n в слой p (их концентрация в слое n значительно выше, чем в слое p).

_ +_

_

_

_

_

_

_

_

_ _

_

_

_

_

_

_

_ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

_

_

_

+

+

+

Е

p-n переход

p n



В приграничных областях слоёв p и n возникает слой, обеднённый подвижными носителями заряда. Возникает электрическое поле с напряжённостью Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя р в слой n и переходу электронов из слоя n в слой р. Зато помогает переходу дырок из слоя n в слой р и переходу электронов из слоя р в слой n (возникает дрейфовый ток). В установившемся режиме дрейфовый ток равен диффузионному току.

Возникает потенциальный барьер. Для кремния 0,75 В. Для германия 0,2 В.



х0

np



Симметричный р-n переход

Несимметричный р-n переход

np

p-n переход

np

p-n переход



А К

Область p-n перехода

Невыпрямляющие контакты

р n

р-n переход под внешним напряжением



0 х



А Кр n

U

U

0 х

Прямое включение



А Кр n

U

U

0 х

Обратное включение



Для идеального р-n перехода

)1( T

u

s eii

q

kTT - температурный потенциал,

при температуре 20С (эта температура называется комнатной в отечественной литературе) Т = 0,025 В,при температуре 27С (эта температура называется комнатной в зарубежной литературе) Т = 0,026 В,

is - ток насыщения (тепловой ток), индекс s от английского saturation current, для кремниевых р-n переходов обычно is = 10-15…10-13 А;k - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура, Кq - элементарный заряд, q = 1,610-19 Кл.

Автор Останин Б.П. Конец слайдаАвтор Останин Б.П.


К

эВ

К

Джk 523 1062,81038,1

is

i

0 u

)1( T

u

s eii



Полезно отметить, что, как следует из приведённого выражения, чем меньше ток is, тем больше напряжение u при заданном прямом токе. У кремния ток is меньше, чем у германия.

u

Sii

0

Ge



)1( T

u

s eii

Uпр

Iпр

Uобр 0

1

Iобр

2

3

4

5



Пробой p-n перехода

Пробой это резкое изменение режима работы перехода находящегося под обратным напряжением. Резко уменьшается дифференциальное сопротивление.

di

durДИФ



Uпр

Iпр

Uобр 0

1

Iобр

2

3

4

5 0di

durДИФ

rДИФ резко уменьшается

В основе пробоя лежат три физических явления

1. туннельный эффект;2. лавинный пробой;3. тепловой пробой.

Туннельный пробой – электрический пробойЛавинный пробой – тоже электрический пробой.

Тепловой пробой – это пробой, разрушающий переход.



Туннельный пробой

з

р

n



Туннельный пробой

Лавинный пробой

После электрического пробоя p-n переход не изменяет своих свойств.

Тепловой пробой разрушает p-n преход



з

р n

Туннелирование

Ёмкость p-n перехода

np

Q-Q

IОБР

UОБР

Барьерная ёмкость

U

Q

0



На постоянном токе U

QСБАР

На переменном токе dU

dQСБАР

U

СБАР

0



Барьерная ёмкость вредно влияет на выпрямление переменного тока (особенно на высоких частотах), так как шунтирует диод.

Диффузионная ёмкость

np

Q -Q

IПР

UПР

dU

dQС ДИФ



Ёмкость называют диффузионной, так как рассматриваемый заряд Q лежит в основе диффузии носителей в базе. СДИФ удобно и принято описывать не как функцию напряжения U, а как функцию тока перехода.

Сам заряд Q прямо пропорционален току I. Ток

экспоненциально зависит от напряжения u: . Поэтому производная также прямо пропорциональна току. Отсюда следует, что ёмкость СДИФ прямо пропорциональна току I

)1( T

u

s eii

dU

dI

TДИФ

IС



I

Q

0

TДИФ

IС

- среднее время пролёта (для тонкой базы), или время жизни (для толстой базы).

Среднее время пролёта – это время, за которое инжектируемые носители заряда проходят базу. Время жизни – это время от инжекции носителя заряда в базу до рекомбинации.



CДИФ

I0

Диффузионная ёмкость значительно больше барьерной, но использовать её не удаётся, так как она зашунтирована малым прямым сопротивлением самого диода.



Общая ёмкость p-n перехода

ДИФБАРПЕР ССС

При обратном смещении перехода (U < 0) диффузионная ёмкость практически равна нулю. При прямом смещении обычно

БАРДИФ СС



Температурные свойства

У германиевых p-n-переходов обратный ток увеличивается в 2 раза на каждые 10 С. Это можно выразить формулой

10

20

)20(2

t

СОБРОБР II

Например, если температура перехода возросла с 20 С до 70 С, то обратный ток возрастёт в 25, т.е. в 32 раза.

Кроме того у германиевых переходов снижается напряжение электрического пробоя.



У кремниевых p-n-переходов обратный ток увеличивается в 2,5 раза на каждые 10 С.

10

20

)20(5,2

t

СОБРОБР II

У кремниевых p-n-переходов напряжение электрического пробоя при повышении температуры сначала несколько возрастает, а затем уменьшается.



134 10...10 КТКЕ

С повышением температуры как у германиевых, так и у кремниевых p-n-переходов несколько возрастает барьерная ёмкость.

Uпр

Iпр

Uобр0

Iобр

20 С50 С

20 С

50 С



Контрольные вопросы 1

7. Поясните процессы, происходящие про соприкосновении полупроводников типа р и типа n.

9. Диффузионный ток это ток обусловленный …

10. Дрейфовый ток это ток обусловленный …

11. В установившемся режиме дрейфовый ток и диффузионный токи ...

12. Поясните, как сделать р-n переход несимметричным.



8. Укажите сколько вольт составляет потенциальный барьер у германия и у кремния.

1. Поясните как возникает проводимость в чистом полупроводнике.

2. Поясните как возникает проводимость в полупроводнике n типа.

3. Поясните как возникает проводимость в полупроводнике р типа.

4. Перечислите носители заряда в полупроводнике i типа.

5. Перечислите носители заряда в полупроводнике n типа.

6. Перечислите носители заряда в полупроводнике р типа.

Контрольные вопросы 2

13. Поясните, как ведёт себя р-n переход при прямом включении.

14. Поясните, как ведёт себя р-n переход при обратном включении.

15. Укажите область электрического пробоя на ВАХ диода.

16. Поясните, как отличаются масштабы прямой и обратной ветвей р-n перехода.

17. Поясните, что представляет собой барьерная ёмкость р-n перехода.

18. Поясните, что представляет собой диффузионная ёмкость р-n перехода.

19. Поясните, почему диффузионную ёмкость можно не учитывать в расчётах схем.

20. Поясните, почему обратный ток быстро растёт с ростом температуры.



Documents

р- n - переход