Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 27

Загальна характеристика ВАХ діода описується формулою (3.1.4...). Емпіричний коефіцієнт n обчислюється за формулою:

n = 2 ( b + ch(d/L_E) ) / (b+1) ;      b = m_n/m_p ,

де  d –  довжина бази; L_E = LÖ(2b/(b+1)) – ефективна довжина дифузійного зміщення.

Для описаних вище діодів відношення d/L_E << 1,  n = 2 і прямий струм не залежить від параметра L_E. Але якщо в діоді забезпечити велику відстань між р- і n-  переходом, тобто забезпечити виконання умови d/L_E >> 1, то параметр n приблизно може оцінюватись формулою:

n » (exp (d/L_E))/(b+1),                                                  ( М1)

тобто має значну залежність від параметра L_E.

Аналізуючи формулу (3.1.4...). з врахуванням (М1), можна зробити висновок, що незначна зміна довжини дифузійного зміщення приводить до значної зміни прямого струму. Такі діоди називають “довгими” діодами. Не вдаючись в більш детальні фізичні явища, можна зробити висновок, що, впливаючи, зовнішніми факторами на довжину дифузійного зміщення, можна керувати провідністю діода.

Формулу для L_E  можна зобразити в вигляді:

з якої витікає, що змінювати цей параметр можна або шляхом впливу на час життя носіїв, або змінюючи відношення рухомості електронів і дірок. Оскільки магнітне поле впливає на напрямок руху електронів і дірок, то це приводить до зменшення їх рухомості, і, як результат, до зменшення L_E. Одночасно зростає довжина ліній струму, що еквівалентно зростанню товщини бази. Магнітне поле впливає також на час життя носіїв. Все це приводить до значної зміни прямого струму, а описане явище називається магнітодіодним ефектом.

Рис. 3М1

На базі магнітодіодного ефекту виготовляються магнітодіоди – напівпровідникові прилади з р-n переходом, який розділений високоомним напівпровідником з власною провідністю, рис. 3.М1, а. В “довгих” діодах при проходженні струму визначаючими становляться  процеси, які залежать від рекомбінації і руху нерівновісних носіїв в базі і на поверхні напівпровідника.

В прямому напрямку при високих рівнях інжекції провідність магнітодіода визначається інжектованими в базу нерівновісними носіями. Падіння напруги має місце не на р-n переході, а на високоомній базі. При дії поперечного магнітного поля має місце зростання опору бази, і, відповідно, зменшення величини прямого струму. Типова ВАХ магнітодіода зображена на рис. 3М1, б.

Характеристики магнітодіодів

Властивості магнітодіода визначаються вольтовою і струмовою магніточутливістю.

Рис. 3М2

Рис. 3М3

Вольтова магніточутливість g_U визначається зміною напруги на магнітодіоді при зміні індукції на 1 мТл при постійному значенні струму, що протікає через магнітодіод:

де DU, DB – приріст відповідно прямої напруги і магнітної індукції; І – величина робочого струму. Діапазон значень g_U = (10-50) ×10³ В/(Тл×мА).

Струмова магніточутливість визначається зміною струму через магнітодіод при зміні індукції на 1 мТл при постійній напрузі, що прикладається до магнітодіода.

,

де DI – приріст струму через магнітодіод; U – напруга, що прикладається до магнітодіода відповідно до рис. 3М1, б. На рис. 3М2 приводяться залежності g_U, а на рис. 3М3 – відповідно, g_I.

Рис. 3М4

Вольтова магніточутливість при малих значеннях індукції зростає з ростом індукції. При деяких значеннях має місце насичення кривої магніточутливості, а потім незначне її зниження. Для різних типів магнітодіодів вольтова магніточутливість відрізняється в декілька разів.

При зміні напрямку дії магнітної індукції змінюється знак вольтової магніточутливості. Це наглядно демонструють вольт-теслівські характеристики магнітодіодів, приклад яких приводиться на рис. 3М4. Вольт-теслівські характеристики не завжди симетричні відносно В=0.

Температурна залежність магнітодіодів проявляється як в температурній залежності їх ВАХ, так і в залежності вольтової і струмової магніточутливостей. Температурна залежність ВАХ в значній мірі визначається величиною індукції, яка діє на магнітодіод. При відсутності індукції вплив  температури на ВАХ  буде значно меншою, ніж при В¹0.

Рис. 3М5