Нестационарные процессы в p-n переходах. Критериальные оценки “короткого” и “длинного” импульсов

Министерство образования РФ

ВлГУ

Кафедра КТРЭС

Лабораторная работа №2

Нестационарные процессы в p-n переходах

Выполнил:

студент гр. РЭ-100

Проверил:

Владимир 2002

1. Вопрос № 9

Критериальные оценки “короткого” и “длинного” импульсов, “толстой” и “тонкой” базовой области.

Воздействие импульса напряжения или тока прямого смещения на p-n переход, который находится в нейтральном состоянии, сопровождается изменением распределения концентрации неосновных носителей заряда во времени и по координате. Характер и особенности этого процесса определяются следующими факторами:

–  уровнем инжекции, определяемым отношением концентрации неосновных носителей к равновесной концентрации основных носителей;

–  относительной толщиной базы (W), которая определяется по формуле:

где W – относительная толщина базы;

       d – толщина базы;

       L_P – диффузионная длина неосновного носителя;

–  временем жизни неосновного носителя τ_p в базовой области;

–  наличием, характеристиками и распределением электрических полей в области базы;

Область полупроводника, имеющая невысокую  концентрацию носителей заряда по сравнению с другими областями называется базой. Т.к. концентрация носителей в базе невелика, то она является высокоомным слоем или слоем с высоким удельным сопротивлением. В p-n переходах используется понятие “тонкой” и “толстой” базы.

“Тонкая” база – высокоомный слой с большим удельным сопротивлением и малой концентрацией подвижных носителей заряда с относительной толщиной меньшей 1 и равной отношению толщины базы к длине свободного пробега носителей или к диффузионной длине носителей заряда в этой области (W=d/L_P<1). 

“Толстая” база – высокоомный слой с большим удельным сопротивлением и малой концентрацией подвижных носителей заряда с относительной толщиной большей 1 и равной отношению толщины базы к длине свободного пробега носителей или к диффузионной длине носителей заряда в этой области (W=d/L_P>1). 

Функция базы в радиоэлектронной аппаратуре заключается в собирании инжектированных носителей, которые проходят через область базы. Для того, чтобы инжекторные носители захватывались базой, необходимо чтобы её относительная толщина W должна принимать минимальное значение. В противном случае инжектированные носители успеют рекомбинировать в процессе перемещения через базу.

“Короткий” импульс какого-либо внешнего воздействия характеризуется временем протекания (действия) - τ_е<τ_р, где τ_е – время протекания импульса, τ_р – время установления равновесия в системе.

“Длинный” импульс какого-либо внешнего воздействия характеризуется временем протекания (действия) - τ_е>τ_р, где τ_е – время протекания импульса, τ_р – время установления равновесия в системе.

Длительность τ_е и форма внешних воздействий, в частности импульса тока или напряжения, оказывают в ряде случаев существенное влияние на характеристики переходных процессов в p-n структурах. При относительно больших длительностях импульса τ_е>τ_р за время внешнего воздействия электронная система успевает достичь нового состояния равновесия, соответствующего уровню инжекции неосновных носителей в базовую область через p-n переход, устанавливается некоторое стационарное состояние. Это упрощает анализ переходных процессов, позволяя в частности, отдельно исследовать процессы в области малых и больших времён. При коротких внешних воздействиях, когда τ_е<τ_р за время действия импульса электрического смещения электронная система в области базы не успевает достичь стационарного состояния, что отражается в соответствующих изменениях амплитуды и формы переходных токов и напряжений.

2. Вопрос для тестирования № 9

9. Применение инжектирующих контактов сопровождается:

9.1. Повышением скорости протекания переходных процессов;

9.2. Увеличением длительности переходных процессов;

9.3. Возрастанием плотности диффузионного тока неосновных носителей через контакт;

9.4. Уменьшением заряда неосновных носителей в области базы при протекании прямого тока;

9.5. Изменением времени жизни неосновных носителей в базовой области диода;

9.6. Повышением скорости поверхностной рекомбинации.

Правильным является ответ № 9.6., т.е. применение инжектирующих контактов сопровождается повышением скорости поверхностной рекомбинации. Изменение концентрации неосновных носителей заряда происходит как в соседних областях от границы контакта с областью базы, так и на самой границе. Невыпрямляющий контакт металл-полупроводник характеризуется скоростью поверхностной рекомбинации неосновных носителей – S_r. Когда S_r стремиться к бесконечности, концентрация  неосновных носителей на границе контакта становиться равной нулю. Это является следствием интенсивной рекомбинации попадающих на поверхность контакта неосновных носителей с носителями противоположного знака, которые поступают из внешней электрической цепи. Скорость поверхностной рекомбинации S_r=∞ означает, что  неосновные носители движутся в направлении контакта к базе с бесконечно большой скоростью и успевают полностью рекомбинировать на контакте до нулевого значения концентрации. Поэтому контакты металл-полупроводник  в теории нестационарных процессов классифицируются как невыпрямляющие контакты рекомбинационного типа.