|
|
При увеличении коэффициента неидеальности, N возрастает прямого тока начинается при больших значениях напряжения, чем в модели идеального диода.
Диапазоны напряжений, в которых начинает преобладать ток генерации-рекомбинации:
|
Ge Uпр = 0,62¸0,9 В |
Si Uпр = 1,8¸2,2 В |
Протекание процессов генерации-рекомбинации приводит к увеличению тока как в прямом, так и в обратном направлению.
Процессы генерации и рекомбинации связаны с различными концентрациями свободных носителей заряда (в области объемного заряда) при различных напряжениях на переходе.
3. Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода
Уточненная модель ВАХ диода с учетом процессов высокого уровня инжекции при прямом смещении диода:
IKF – ток излома (ток перехода к высокому уровню инжекции)
Is – ток насыщении
m – коэффициент неидеальности
φТ – тепловой потенциал
Независимо от типа материала (Ge или Si) эффект высокого уровня инжекции начинает проявляться при любом положительном значении тока излома (IKF>0).
Зависимость Kinj от напряжения на диоде:
ВАХ с учетом процессов высокого уровня инжекции (при N=3)
При протекании прямого тока в переходе преобладает диффузионная компонента тока, состоящая из основных носителей заряда, преодолевающих потенциальный барьер и пронимающих в область п/п, для которых они являются неосновными носителями. И в том случае, когда концентрация неосновных носителей существенно возрастет по сравнению с равновесной концентрации, начнут преобладать процессы инжекции. Таким образом, процессы инжекции связаны концентрацией неосновных носителей в п/п.
4. Исследование влияния процессов пробоя на вид ВАХ
Уточненная модель обратной ветви ВАХ диода с учетом процессов пробоя:
IB0 – насыщенный ток пробоя
UB – напряжение пробоя
φТ – тепловой потенциал
Зависимость пробивного напряжения от:
(для плоского перехода)
а) тип материала (при NБ=2×1015см-3)
|
Материал |
Ge |
Si |
|
Uпр, В |
95,368 |
206,118 |
б) от концентрации легирующей примеси (для Ge)
|
NБ, см-3 |
4×1014 |
2×1015 |
1×1016 |
|
Uпр, В |
318,882 |
95,368 |
28,522 |
Диапазоны токов, при которых начинают проявляться эффекты пробоя:
|
Ge Iобр = 0,1¸0,25 А |
Si Iобр = 1¸1,15 А |
График обратных ветвей ВАХ с учетом процессов пробоя:
|
Плоский p-n переход |
Цилиндрический p-n переход |
Сферический p-n переход |
|
|
При больших значениях Uобр ток Iобр незначительно возрастет до тех пор, пока напряжение не достигнет так называемого напряжения пробоя Uпр. после этого ток Iобр возрастет скачкообразно.
Известные различные механизмы пробоя – тепловая нестабильность, туннельный эффект (явление Зенера) и лавинный пробой.
Именно лавинный пробой является наиболее важным, т.к. именно он обуславливает верхнюю границу напряжения на диоде.
Часть №3
1. Исследования влияние концентрации в базе и температуры на значение равновесной барьерной емкости Cj0 (при U=0)
а) Si
|
Т=300°К |
|
N=2×1015 см-3 |
||||
|
N,см-3 |
W,мкМ |
CJO,Ф |
|
Т,°К |
W,мкМ |
CJO,Ф |
|
4×1014 |
1,537 |
6,74×10-12 |
|
300 |
0,726 |
1,427×10-11 |
|
2×1015 |
0,726 |
1,427×10-11 |
|
350 |
0,696 |
1,88×10-11 |
|
1×1016 |
0,341 |
3,04×10-11 |
|
400 |
0,629 |
1,523×10-11 |
б) Ge
|
Т=300°К |
|
N=2×1015 см-3 |
||||
|
N,см-3 |
W,мкМ |
CJO,Ф |
|
Т,°К |
W,мкМ |
CJO,Ф |
|
4×1014 |
1,076 |
1,32×10-11 |
|
300 |
0,540 |
2,62×10-11 |
|
2×1015 |
0,540 |
2,62×10-11 |
|
350 |
0,499 |
2,84×10-11 |
|
1×1016 |
0,266 |
5,33×10-11 |
|
400 |
0,453 |
3,13×10-11 |
При изменении NБ при постоянной температуре барьерная емкость при нулевом смещении (CJO) как для Ge, так и для Si увеличивается. Также барьерная емкость увеличивается и при увеличении температуры (при постоянной NБ). Отличие заключается в том, что Si величина барьерной емкости меньше, чем для Ge.
Модель равновесной барьерной емкости:
S – площадь поперечного сечения p-n перехода.
2. Исследование ВФХ барьерной емкости в зависимости от ее входных параметров
Модель барьерной емкости:
|
U<FC×φK |
U³FC×φK |
Где
А = (1-FC)1+М, В = 1-FC(1+М).
CJO – равновесная барьерная емкость (емкость при нулевом смещении)
φК – контактная разность потенциалов
М – коэффициент лавинного умножения
FC – коэффициент неидеальности ВФХ при прямом смещении
t – время переноса заряда.
|
Т=300°К |
NБ=var |
||
|
Вариант |
№1 |
№2 |
№3 |
|
М |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
φК |
0,319 |
0,402 |
0,485 |
|
FC |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
CJO, Ф |
1,32×10-11 |
2,62×10-11 |
5,33×10-11 |
При постоянной температуре (Т=300°К), при увеличении NБ (что в таблице соответствует увеличению контактной разности потенциалов) при неизменных коэффициентах M и FC, барьерная емкость увеличивается (на графике имеются два участка – участок на котором емкость остается практически постоянной (увеличивается незначительно) и участок, на котором емкость возрастает линейно (возрастание тем сильнее, чем больше концентрация NБ).
|
NБ = 2×1015 см-3 |
Т = var |
||
|
Вариант |
№1 |
№2 |
№3 |
|
М |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
φК, В |
0,402 |
0,343 |
0,283 |
|
FC |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
CJO, Ф |
2,62×10-11 |
2,84×10-11 |
3,13×10-11 |
При постоянной концентрации (NБ = 2×1015 см-3), при увеличении температуры (что в таблице соответствуют уменьшению φК) при неизменнык коэффициентах М и FC, барьерная емкость увеличивается (на графике также имеются два участка).
|
NБ,Т,FC = const |
M = var |
||
|
Вариант |
№1 |
№2 |
№3 |
|
М |
0,1 |
0,5 |
1 |
|
φК, В |
0,343 |
0,343 |
0,343 |
|
FC |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
CJO, Ф |
2,84×10-11 |
2,84×10-11 |
2,84×10-11 |
При увеличении коэффициента лавинного умножения М, при неизменных Т, NБ и FC, барьерная емкость увеличивается.
|
NБ,Т,М = const |
FC = var |
||
|
Вариант |
№1 |
№2 |
№3 |
|
М |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
φК, В |
0,343 |
0,343 |
0,343 |
|
FC |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
CJO, Ф |
2,48×10-11 |
2,48×10-11 |
2,48×10-11 |
При увеличении коэффициента неидеальности ВФХ при прямом смещении (FC) и при неизменных NБ, Т и М, барьерная емкость увеличивается.
|
|
Ge (№1) |
Si (№2) |
|
φК, В |
0,402 |
0,812 |
|
Сj, Ф |
2,62×10-11 |
1,95×10-11 |
Для Ge (при постоянных Т и N, Т=300°К, NБ = 2×1015 см-3) барьерная емкость больше, чем для Si.
3. Исследование ВФХ диффузионной емкости в зависимости от ее входных параметров
Модель диффузионной емкости:
где t - время переноса заряда
а) NБ = 2×1015 см-3 б) Т=300°К
|
|
|
|
|
|
а) При увеличении температуры увеличивается значение напряжения, начиная с которого диффузионная емкость резко увеличивается (при Т=300°К U=0,2В, а при Т=400°К U=0,5В).
б) При увеличении концентрации примеси в базе значение напряжения, начиная с которого диффузионная емкость резко возрастет, увеличивается незначительно (при NБ = 4×1014 см-3 U=0,5В, а при NБ = 1×1016 см-3 U=0,55В).
Для Ge и Si значения напряжения, при котором диффузионная емкость возрастает, резко отличаются:
U(Ge) = 0,5B
U(Si) = 1,4B
4. Исследование ВФХ барьерной и диффузионной емкости на совмещенном графике
По совмещенному графику видно, что при обратных напряжениях на переходе преобладает барьерная емкость, а при прямых напряжениях – диффузионная емкость.
Площадь p-n перехода непосредственно учитывается в модели барьерной емкости:
где
S – площадь поперечного сечения p-n перехода.
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.