Конспект лекций № 1-15 дисциплины "Электроника и схемотехника" (Физические основы и элементы полупроводниковых приборов. Полевой транзистор со встроенным каналом МОП, МДП), страница 2

Рассмотрим распределение концентрации носителей. В средней части p-n перехода за счёт рекомбинации и в результате выталкивания неосновных носителей вглубь областей, образуется объединённый носитель – слой с низкой удельной проводимостью (запирающий слой).

Р-n переход при прямом напряжении

 приводит к снижению потенциального барьера и уменьшению толщины запирающего слоя  - растёт, а  почти не меняется, т. К. зависит главным образом от числа неосновных носителей, попадающих на p-n переход за счёт своих тепловых скоростей на p-n переход.

>

,  

Введение носителей через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными называется инжекцией.

Область, из которой производится инжекция называется эмиттером, а область в которую производится инжекция называется базой.

Р-n переход при обратном напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключен к n – “+”, а к p – “-”. Поле такого источника увеличивает потенциальный барьер и толщину запирающего слоя.   снижается. При достаточно большём обратном напряжении будет протекать очень малый ток , который не зависит от напряжения и обусловлен собственной проводимостью.

Введение неосновных носителей ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением называется экстракцией.

Вольтамперная характеристика р-n перехода

AB – Лавинный пробой

BC – Туннельный пробой

CD – Тепловой пробой

Лекция 3

Характеристика для прямого тока в начале имеет значительную нелинейность, так как при увеличении прямого напряжения сопротивление запирающего слоя уменьшается. При напряжении десятые доли вольта запирающий слой исчезает и остаётся сопротивление Р и n областей.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает за счет уменьшения тока диффузии, а затем растет незначительно. При дальнейшем увеличении обратного напряжения может произойти резкое увеличения тока за счет пробоя. Следует различать электрический пробой А, Б, В (обратный) и тепловой В, Г (необратимый).

Уравнение Эберса-Молла:

, где φ_Т-тепловой потенциал

Свойства p-n переходов

pn-переход при обратном напряжении имеет свойства конденсатора, запирающий слой, имеющий высокое сопротивление, играет роль диалектрика, а по обе его стороны расположены разноименные объемные заряды. Эту ёмкость pn-перехода называют барьерной. Барьерная емкость зависит от напряжения, явление используется в специальных диодах – варикапах.

При прямом напряжении в базис скапливается большое число неосновных носителей вблизи pn-перехода и большое число основных носителей вблизи провода внешней цепи. Эту емкость называют диффузионной. Диффузионная емкость намного больше барьерной, но использовать явление не удается, так как эта емкость зашунтирована низким сопротивлением базы.

Температурные свойства

С ростом температуры снижается прямое напряжение при переменном токе (для кремния 2мВ/К), повышается обратный ток при неизменном обратном напряжении.

Временные свойства

На работу pn-перехода в области высоких частот влияет ее диффузионная и барьерная емкость. У диода при смене полярности с прямой на обратную, запирающие свойства восстанавливаются не мгновенно, что связано с избыточной концентрацией неосновных носителей в базе.

Применение диодов

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Полупроводниковые ртутные выпрямители:

1А-1кА

100В-10кВ

Высокочастотные (предназначены для преобразования переменного тока в постоянный) и импульсные – более высокое быстродействие.

Есть диоды маломощные, предназначены для радиотехники и мощные – для силовых полупроводников высокочастотных преобразователей.

Стабилитроны – специально сконструированы диоды с явно выраженным участком Б-В на участке ВАХ. Используется как генератор опорного напряжения.

Сопрессоры и трансилы служат для защиты аппаратуры от импульсных полей.

Фотодиоды – диоды, которые меняют свои свойства под действием света.

Фотодиодный режим – диод включается под обратное напряжение и под действием света повышается обратный ток.

Фотогенераторный режим – под действием света в фотодиоде образуется фото-ЭДС, которое может создать ток во внешней цепи.

Когда носитель преодолевает p-n переход, он отдает свою энергию в виде фотона. Высотой потенциального барьера задается свет.