Пренебрегая рекомбинацией носителей в переходной области, определим концентрацию избыточных электронов в р-области при х=d (рис.17.2). Из распределения Больцмана концентрация электронов после снижения барьера на eV.
(17.10)
Учитывая (17.8), запишем
(17.11)
Концентрация избыточных электронов в p-области
(17.12)
4. Диффузия и рекомбинация неосновных носителей заряда
Электроны диффундируют в глубь р-области и рекомбинируют с дырками. Изменение избыточной концентрации пропорционально Dnpdt:
(17.13)
где tn – время жизни электронов в р-области: dDnp/dt – скорость рекомбинации неосновных носителей.
Разделяя переменные, решаем (17.13):
. (17.14)
При постоянном напряжении на р-n– переходе электроны непрерывно пополняются из n-области и в любой точке р- области скорости диффузии и рекомбинации одинаковы
. (17.15)
где S – площадь р-n-перехода
Заменив
в (17.15), с учетом (17.13) получаем уравнение диффузии
Частное решение этого уравнения
где Ln=
–
диффузионная длина электронов в р-области перехода. Заметим, что начало
координат смещено на ширину перехода d поэтому
Dnp(d)= Dnp(0).
5. Вольт-амперная характеристика диффузионного р-п- перехода
Плотность электронного тока вблизи переходной области
(17.18)
Дифференцируя (17.17), преобразуем (17.18):
(17.19)
Заменим Dnp из (17.12):
(17.20)
Общая плотность тока через р-n-переход где
(17.21)
диффузионная длина дырок в n-области.
При обратном смещении (V<0) e-eV/kT в (17.21) стремится к нулю и обратный ток стремится к постоянному значению, называемому током насыщения.
|
Рис.17.3 |
Умножив (17.21) на площадь р-n–пере-хода, получаем уравнение вольт-амперной характеристики р-n–перехода (рис. 17.3)
(17.22)
При дальнейшем увеличении обратного напряжения происходит туннельный либо лавинный пробой и обратный ток резко возрастает.
Заметим, что обратимый пробой используется для стабилизации напряжения. Приборы такого типа называются стабилитронами.
§ 17.2. ФотоЭДС в р-n–переходе
Пусть свет падает на р-n-переход со стороны n-области и поглощается в ней (рис.17.4). Если энергия фотонов больше ширины запрещенной зоны DE0, то в n-области образуются электронно-дырочные пары. Очевидно, что под действием контактной разности потенциалов дырки из n-области переходят в р-область. В результате как в дырочной, так и в электронной областях создается объемный заряд (положительный в р-области и отрицательный в n-области). Накопление этого заряда ограничено создаваемым им полем. При наступлении равновесия р-область - заряжается положительно, n-область - отрицательно и барьер между этими областями уменьшается на величину
eVФ = Fn-Fp. (17.23)
Разделение зарядов
приводит к возникновению разности потенциалов, приложенной к p-n-переходу
в прямом направлении и называемой фотоЭДС (рис.17.5). В результате ток основных
носителей возрастает в eeV/kTпо
сравнению с равновесным состоянием
Iосн = IseeV/kT. (17.24)
где Is – ток насыщения, создаваемый неосновными носителями при отсутствии падающего света. При освещении n-области возникает добавочный дырочный ток If, имеющий одинаковое направление с током насыщения Is. В состоянии равновесия при hn >DE0 и разомкнутом ключе K (вентильный режим) результирующий ток через p-n-переход равен нулю:
. (17.25)
Из (17.25) и (17.24) величина вентильной фотоЭДС
. (17.26)
Добавочный ток пропорционален световому потоку Ф, падающему на р-n-переход, If квантовому выходу h и коэффициенту рекомбинации b:
If = e hbF/hn. (17.27)
При замыкании ключа К (в фотодиодном режиме) появляется результирующий ток I через р-n-переход. Тогда
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
