ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 37
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
При включении p-n перехода в прямом направлении в результате инжекции возникает прямой диффузионный ток. Плотность прямого тока, проходящего через p-n переход, является суммой jпр = jn_диф + jp_диф. Она описывается следующей формулой:
,где Dn, Dp — коэффициенты диффузии электронов и дырок;
pn0 — концентрация "дырок" в n-полупроводнике;
np0 — концентрация электронов в p-полупроводнике;
φт = kT/q — температурный потенциал (при 20°C равен 26 мВ);
k = 1.38×10−23Дж/К — постоянная Больцмана;
T — температура в градусах Кельвина;
q = 1.6×10−19Кулона — заряд электрона.
Включение p-n перехода в обратном направлении приводит к обеднению полупроводника в области контакта неосновными носителями и появлению градиента их концентрации. Градиент концентрации является причиной возникновения диффузионного тока неосновных носителей. При этом выражение для плотности обратного тока электронно-дырочного перехода принимает следующий вид:
, -
Германиевые и кремниевые диоды.
Кремниевые диоды
Производство кремниевого диода начинается с очищения кремния. На каждой стороне диода имплантируются примеси (бор на стороне анода, мышьяк или фосфор на стороне катода), а соединение, где встречаются примеси, называется «p-n-переходом».
Кремниевые диоды имеют прямое смещение напряжения 0.7 В. Как только разность напряжений между анодом и катодом достигает 0.7 В, диод начнет проводить электрический ток через его p-n-переход. Когда разность напряжений падает менее 0.7 В, p-n-соединение прекратит проводить электрический ток, и диод перестанет функционировать как электрический путь.
Германиевые диоды
Германиевые диоды изготавливаются аналогично кремниевым диодам. В германиевых диодах также используется p-n-переход и имплантируются те же примеси, которые имплантируются в кремниевые диоды. Однако германиевые диоды имеют напряжение смещения 0.3 вольта.
Какие диоды лучше использовать: кремниевые или германиевые?
Германиевые диоды лучше всего использовать в маломощных электрических цепях. Более низкое напряжение прямого смещения приводит к меньшим потерям мощности и делает схему более эффективной по электрическим характеристикам. Германиевые диоды также подходят для прецизионных цепей, где колебания напряжения должны быть сведены к минимуму. Однако германиевые диоды можно гораздо легче вывести из строя, чем кремниевые диоды.
Кремниевые диоды являются превосходными диодами общего назначения и могут использоваться практически во всех электрических цепях, где требуется диод. Кремниевые диоды более долговечны, чем германиевые диоды, и их намного легче получить.
-
Влияние температуры на работу диода.
При увеличении температуры растет количество носителей, способных преодолеть потенциальный барьер прямосмещенного перехода, что приводит к увеличению тока через диод, включенный в прямом направлении. При этом уменьшается прямое падение напряжения на диоде. При увеличении температуры растет так же и обратный ток. Во всех случаях обратный ток связан с генерацией носителей заряда – процессом, характеризующимся энергетическим барьером, преодолеваемым носителями при генерации. С увеличением температуры растет средняя энергия носителей и вероятность преодоления этого барьера растет.
С повышением температуры увеличивается вероятность туннельного перехода (из-за роста энергии носителей заряда), а значит и падает пробивное напряжение при туннельном пробое.
С повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, а, следовательно, и энергия, которую может набрать носитель до рассеяния. Следовательно, с ростом температуры растет напряжение лавинного пробоя.
-
Стабилитрон. Физические процессы.
Нормальным режимом работы полупроводникового стабилитрона является режим с обратно включенным p-n- переходом, рабочим напряжением - напряжением пробоя перехода, а рабочим участком характеристики - обратная ветвь вольтамперной характеристики перехода. Напряжение, при котором наступает пробой перехода, зависит от рода материала, его удельного сопротивления и типа перехода.
-
Виды пробоев в p-n переходе.
Туннельный пробой, возникает при туннелировании носителей сквозь барьер
, когда происходит, например, туннельное просачивание электронов из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области полупроводника. Туннелирование электронов происходит в том месте p-n-перехода, в котором в результате его неоднородности возникает наиболее высокая напряженность поля. Напряжение туннельного пробоя p-n-перехода зависит не только от концентрации легирующей примеси и критической напряженности поля, при которой происходит возрастание туннельного тока через p-n-переход, но и от толщины p-n- перехода. С увеличение толщины p-n-перехода вероятность туннельного просачивания электронов уменьшается, и более вероятным становится лавинный пробой.
При лавинном пробое p-n-перехода на длине свободного пробега в области объемного заряда носитель заряда приобретает энергию, достаточную для ионизации кристаллической решетки, то есть в его основе лежит ударная ионизация. С ростом напряженности электрического поля интенсивность ударной ионизации сильно увеличивается и процесс размножения свободных носителей заряда (электронов и дырок) приобретает лавинный характер. В результате ток в p-n- переходе неограниченно возрастает до теплового пробоя.
Тепловой пробой, связанный с недостаточностью теплоотвода, как правило, локализуется в отдельных областях, где наблюдается неоднородность структуры p-n-перехода, а, следовательно, и неоднородность протекающего через него обратного тока. Повышение температуры вызывает дальнейшее увеличение обратного тока, что в свою очередь, вызывает увеличение температуры. Тепловой пробой — необратимый процесс, преобладающий в полупроводниках с относительно узкой запрещенной зоной.
В p-n-переходах может также наблюдаться поверхностный пробой. Напряжение поверхностного пробоя определяется величиной заряда, локализованного на поверхности полупроводника в месте выхода p-n-перехода наружу. По своей природе поверхностный пробой может быть туннельным, лавинным или тепловым.