|
Выпрямляющий и омический контакты
Зависимость тока через переход от величины приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). IПР, mA IДИФ=IОНЗ
IО UОБР, В 0 UПР, В 1В
IДР=IННЗ
IОБР, мкА
Прямая и обратная ветви ВАХ изображены в разных масштабах. При прямом включении перехода его сопротивление мало, поэтому ток через переход резко возрастает по экспоненте с ростом прямого напряжения. При обратном включении перехода его сопротивление велико, поэтому ток через переход будет мал и равен тепловому . Прямое напряжение, подаваемое на переход, не должно превышать 1В! Обратное напряжение, подаваемое на переход, может достигать 20В. Вывод: p-n переход обладает односторонней проводимостью, т.е. проводит ток только в одном направлении – прямом. Контакт с односторонней проводимостью называется выпрямляющимконтактом. Таким образом, p-n переход является выпрямляющим контактом. Кроме выпрямляющих контактов существуют контакты металл-полупроводник (Ме-п/п), называемые омическими, т.к. ток, протекающий через такой контакт подчиняется закону Ома (). Получают омические контакты путем напыления тонкой пленки металла на полупроводник. Характерная особенность омических контактов – пропускание тока в обоих направлениях (и прямом, и обратном). Омические контакты широко распространены в электронной технике, т.к. используются для присоединения внешних выводов к кристаллам полупроводников.
омический p n омический контакт контакт
UПИТ
Емкости p-n перехода Барьерная емкость p n
do do – толщина перехода (Переход еще называют приконтактной областью или запирающим слоем). В p-n переходе после диффузии основных носителей заряда в соседние области появляются избыточные ионы примеси (в p-области – отрицательные, в n-области – положительные), в результате чего p-область заряжается отрицательно, а n-область – положительно, т.е. возникает разность потенциалов (потенциальный барьер). Данный переход можно рассматривать, как плоский конденсатор, обкладками которого являются p-и n-области, а диэлектриком – запирающий слой,имеющий повышенное сопротивление. Емкость такого конденсатора называется барьерной, т.к. она обусловлена наличием потенциального барьера. –q +q
В равновесном состоянии перехода, т.е. когда ЕВНЕШН=0, барьерная емкость зависит от площади p-n перехода, диэлектрической проницаемости полупроводника и толщины запирающего слоя: , где - относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость. При подаче обратного напряжения толщина перехода возрастает (обкладки конденсатора как бы раздвигаются), а, следовательно, емкость этого конденсатора уменьшается: , где - барьерная емкость перехода при наличии обратного напряжения; - барьерная емкость перехода при отсутствии внешнего напряжения; - потенциальный барьер перехода при отсутствии внешнего напряжения; UОБР - обратное напряжение, подаваемое на переход.
Диффузионная емкость При прямом включении перехода возникает еще одна емкость – диффузионная. Прямое напряжение, подаваемое на переход, обеспечивает более интенсивный процесс диффузии основных носителей заряда в соседние области. Это приводит к тому, что пришедшие в большом количестве в соседние области заряды не успевают прорекомбинировать с зарядами противоположного знака и накапливаются, образуя объемные заряды. Чем больше прямое напряжение, тем больше величина этих объемных зарядов. p n
ОНЗ + + _ _ Ө ОНЗ + + _ _ ЕВН
ЕВНЕШН
Изменение объемного заряда в зависимости от приложенного прямого напряжения характеризует емкость, называемая диффузионной (т.к. обусловлена диффузией ОНЗ) и определяемая формулой: или , где - изменение прямого напряжения; - изменение объемного заряда. Пробой p-n перехода Пробой – это резкое возрастание обратного тока перехода при условии, что обратное напряжение превысит максимально допустимое значение, т.е.
справочная величина Обратная ветвь ВАХ при пробое: Uобрmax IО 0 UОБР 1 1- электрический пробой 2 - тепловой пробой
IОБР Виды пробоев:
Обратимый Необратимый процесс процесс
Тепловой пробой Тепловой пробой возникает за счет нарушения теплового баланса между теплом, которое выделяется в переходе, и теплом, котороеотводится (рассеивается корпусом прибора):
( количество теплоты) С ростом обратного напряжения выделяемая в переходе мощность увеличивается , что приводит к разогреву перехода и усилению термогенерации (генерация, вызванная повышением температуры) пар носителей заряда, т.е. к увеличению концентрации ННЗ, а, следовательно, к росту обратного тока. Рост обратного тока сопровождается дальнейшим увеличением выделяемой мощности, т.е. большим разогревом перехода и более интенсивной термогенерацией и т.д., т.е. идет нарастающий процесс: и т.д. В итоге переход перегревается и разрушается (разрушается кристаллическая решетка) – процесс необратимый. Процесс называется обратимым, если при уменьшении обратного напряжения до допустимого значения восстанавливается нормальный режим работы перехода, т.е. обратный ток принимает стационарное значение теплового тока . Для обеспечения теплового режима полупроводниковых приборов используются радиаторы, изготавливаемые из материалов с высокой теплопроводностью (например, Al, Cu).
Электрический пробой Тепловому пробою предшествует электрический пробой. При электрическом пробое обратный ток перехода резко возрастает поддействием сильного электрического поля. А) Лавинный пробой Лавинный пробой возникает в так называемых «толстых» переходах. Под действием сильного электрического поля электроны, двигаясь с большой скоростью, приобретают кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов кристаллической решетки. Механизм ударной ионизации: свободный электрон, обладающий большой кинетической энергией, ударяясь о нейтральный атом, передает валентным электронам этого атома часть своей энергии, и они отрываются от атома, становясь свободными. Атом при этом ионизируется. Возникшие в результате ионизации свободные электроны также разгоняются электрическим полем, ударяются о новые атомы кристаллической решетки и выбивают из них следующую партию электронов. Процесс нарастает лавинообразно (как снежный ком) – отсюда и название пробоя – «лавинный». Для ударной ионизации необходимо поле с напряженностью: В результате ударной ионизации возникает размножение НЗ, и обратный ток резко возрастает – возникает лавинный пробой. На лавинном пробое работают такие полупроводниковые приборы, как стабилитроны, тиристоры, лавинные транзисторы и др. Б) Туннельный пробой Если напряженность электрического поля достигнет значения и переход будет очень тонкий (с толщиной запирающего слоя ), возможен туннельный пробой – переход электронов из валентной зоны (ВЗ) одного полупроводника в зону проводимости (ЗП) другого полупроводника без изменения энергии. Механизм туннельного пробоя: Электрон, движущийся в сторону очень узкого перехода, под действием очень сильного поля пройдет через переход, как через туннель, и займет свободный уровень с такой же энергией по другую сторону перехода. Таким образом, обязательным условием туннельного пробоя, кроме сильного поля и тонкого перехода, является наличие свободного уровня по другую сторону перехода. При этом ВЗ одного полупроводника должна находиться на одном уровне с ЗП другого полупроводника. На туннельном пробое работают туннельные диоды. Туннельный и лавинный пробои обратимы – снятие обратного напряжения полностью восстанавливает свойства p-n перехода.
Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|