Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 5

Величина заряду в n- або р- областях може бути визначена як площа, що охоплюється  кривими n_p(-х) та р_n(х) і прямими лініями, n_р0 та р_n0 (на рис. 3.5 вказані площі зображені в заштрихованому вигляді):

Використовуючи формулу (3.9), отримуємо:

Використовуючи формулу (2.1), отримуємо:

Аналогічно знаходиться величина заряду для електронної складової заряду в р- структурі.

Сумарний заряд, накопичуваний в р- і n- структурах:

Оскільки одна з складових дифузійного струму набагато перевищує іншу – наприклад,  N_p >> N_n  і  I_p >> I_n , – то

З (3.14) витікає, що дифузійна ємність, що визначається з формули (3.13), прямо пропорційна прямому струму напівпровідникового приладу і становиться близькою до нуля при зворотньому його включенні. Другим важливим висновком є те, що величина ємності прямо пропорційна часу життя основних носіїв емітерної структури. Тому для виготовлення приладів з високими частотними властивостями необхідно вибирати матеріали з коротким часом життя.

3.1.3. Зворотнє включення p-n переходу

При зворотньому прикладанні зовнішньої напруги до p-n переходу потенційний бар’єр зростає на величину Е і стає рівним j_Е = j₀ + Е. Зростання потенційного бар’єру приводить і до зростання його ширини.

Як результат, дифузійний струм зменшується, а при подальшому зростанні зворотньої напруги залишається незмінним. Дрейфовий струм фактично залишається незмінним і максимальним в широкому діапазоні зворотніх напруг. Це значить, що через p-n перехід буде протікати зворотній струм, який подібно до вище описаного, буде підтримуватись в зовнішньому колі. Вигляд зворотньої гілки ВАХ p-n переходу приводиться на рис. 3.4 (третій квадрант). Зворотній струм І_зв, обумовлений неосновними носіями p-n переходу, часто називають тепловим, адже його величина залежить від температури.

Зі сказаного витікає важлива особливість p-n переходу з точки зору керування процесами в ньому:

-  основним струмом через p-n перехід, який задає і струм в зовнішньому колі, є струм, обумовлений дифузією основних носіїв;

-  керування цим струмом за рахунок зовнішніх факторів забезпечується не безпосередньо, а побічним шляхом – створенням градієнтів концентрацій основних носіїв.

Звернемо увагу ще на одну властивість p-n переходу. Вона полягає в тому, що ширина його як при наявності зворотньої напруги, так і при її відсутності залежить від концентрації основних носіїв в p- і n- структурах. Збільшення концентрації приводить до вузьких p-n переходів з високим градієнтом потенціалу в ньому. Зменшення – навпаки, приводить до створення широких p-n переходів. В тих випадках, коли p-n перехід створюється напівпровідниками з однаковою концентрацією основних носіїв, його ширина по обидві сторони від межі розділення структур однакова, і такий p-n перехід називають симетричним. Якщо ж створення переходу забезпечується напівпровідниками з різними концентраціями основних носіїв, то він буде ширший на стороні напівпровідника з меншою концентрацією основних носіїв. Такий p-n перехід отримав назву несиметричного.

При роботі p-n переходу з напругою, що прикладається в зворотньому напрямку,  слід звертати увагу на таке явище, як стрибок струму в момент появи імпульсу зворотньої напруги. Його поява обумовлена тим, що при зростанні зворотньої напруги зростає кількість зарядів, що накопичується в переході. Для забезпечення такого накопичення і з’являється зворотній струм як різниця між дифузійною та дрейфовою складовими, який деякий час може значно перевищувати дрейфову складову. Цей струм протікає до того часу, поки не встановиться рівновісний режим при прикладеній зворотній напрузі.