Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние температуры на свойства

Влияние температуры на свойства

р-п-перехода

Влияние температуры на обратный ток диода. С ростом температуры увеличивается скорость тепловой генерации электронно-дырочных пар во всех областях p-n-перехода. Это приводит к резкому (по экспоненциальному закону) возрастанию с температурой концентрации неосновных носителей в n- и p-областях перехода и, следовательно, к увеличению тока насыщения. Концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике зависит от температуры по закону:

. (2.72)

При выводе этих соотношений использовался закон действующих масс и то обстоятельство, что nn и ppне меняются с изменением температуры во всем интервале истощения примеси.

Время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионные длины с изменением температуры меняются значительно слабее и их изменением можно пренебречь и считать, что ток насыщения

(2.73)

Другая компонента обратного тока – ток термогенерации в слое объемного заряда – также будет расти вследствие увеличения скорости тепловой генерации электронно-дырочных пар G

. (2.74)

Третья компонента обратного тока – ток утечки – также растет с ростом температуры, но значительно слабее. Ввиду того, что этот ток может быть обусловлен различными механизмами, из которых не все до конца понятны, то общий анализ зависимости Jут.(T) затруднен.

В общем случае зависимость обратного тока от температуры приведена на рис. 2.34. Очевидно, что при низких температурах будет преобладать ток утечки. Поскольку Jген в ОЗрастет с температурой быстрее тока утечки, в каком то интервале температур он станет больше. Ток насыщения растет с температурой еще быстрее, так что он может стать основным при более высоких температурах.

Поскольку JSи Jген в ОЗв общем случае пропорциональны , где m– коэффициент, соответствующий определенной компоненте обратного тока. Для диодов, у которых эти компоненты преобладают над токами утечки, снимая зависимость Jобр.(T)при постоянном обратном смещении, можно по величине mоценить механизм протекания тока через диод в том или ином температурном интервале. Для этого необходимо построить в полулогарифмическом масштабе график зависимости и по наклону выбранного прямолинейного участка определить коэффициент m:

(2.75)

Рис. 2.34. Температурная зависимость обратного тока через диод

Влияние температуры на прямую ветвь ВАХ диода. Прямой ток через диод создается диффузионными потоками основных носителей, преодолевающих энергетический барьер. С ростом температуры равновесная высота потенциального барьера уменьшается, поскольку уровень Ферми как в п- так и в р-области с повышением температуры стремится к середине запрещенной зоны полупроводника.С понижением потенциального барьера увеличиваются диффузионные потоки основных носителей, то есть увеличивается прямой ток перехода. Иначе говоря, при большей температуре p-n-перехода тот же прямой ток достигается при меньшем смещении. Следовательно, прямая ветвь ВАХ p-n-перехода, без учета сопротивления базы, с ростом температуры смещается влево, в сторону меньших напряжений (рис. 2.35, а). ВАХ базы (рис. 2.35, б) наоборот, сдвигается вправо, так как сопротивление базы с температурой растет из-за снижения подвижности свободных носителей заряда. Таким образом, результирующая вольт-амперная характеристика диода при прямом смещении сложным образом зависит от температуры. При малых токах характеристика смещается с ростом температурывлево, а при больших токах (где влияние базы сильнее) – вправо (рис. 2.35, в).

Читайте так же:
Тепловой ток p n перехода это 1

Рис. 2.35. Влияние температуры на прямую ветвь вольт-амперной характеристика р-п-перехода (а); базы (б); диода (в)

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Увеличение — обратное напряжение

При увеличении обратного напряжения до значения ( / пр наступает пробой вентиля, процесс нарастания обратного тока начинает развиваться лавинообразно, приводя к потере вентилем запирающих свойств. Явление пробоя ограничивает возможности их использования по обратным напряжениям, которые в процессе эксплуатации не должны достигать пробивного напряжения. Наиболее резко изменяется обратный ток вентиля. Чрезмерный рост температуры увеличивает обратные токи, что начинает ощущаться как потеря односторонней проводимости вентиля. Поэтому для каждого типа вентилей, определяющегося материалом полупроводника, характерна своя максимально допустимая рабочая температура. [32]

При увеличении обратных напряжений обратный ток почти равномерно возрастает за счет токов термогенерации и утечки. В довольно широкой предпробойной области характеристики становится заметным эффект размножения носителей за счет ударной ионизации. В области пробоя характеристика имеет участок с отрицательным сопротивлением. Вследствие малой площади перехода снижаются допустимая мощность рассеяния ( до 10 мет) и емкость перехода. Величины допустимых прямых токов точечных диодов не превышают 10 — 20 ма. Превышение допустимого тока приводит к переформовке и выходу контакта из строя. [33]

При увеличении обратного напряжения ток через переход приближается к постоянному значению / 0 ( Ipg Ing), названному током насыщения, или тепловым током. Термин ток насыщения связан с тем, что при обратном напряжении U0 kTlq ток перехода равен / и не зависит от приложенного напряжения. Термин тепловой ток обусловлен сильной зависимостью тока от температуры, а также тем, что он равен нулю при температуре Т 0 К. Поэтому ток / о остается постоянным в широком интервале обратных напряжений и зависит только от параметров полупроводника и температуры. [34]

При увеличении обратного напряжения емкость диодов уменьшается. [35]

При увеличении обратного напряжения мощность, выделяемая в р-п переходе, растет. Это приводит к увеличению температуры перехода, что в свою очередь стимулирует дальнейший рост обратного тока перехода и рассеиваемой мощности. Связанное с этим лавинообразное увеличение температуры ведет к выходу диода из строя. Поэтому при измерении обратной ВАХ р-п перехода необходимо обеспечить режим источника тока или поставить в цепи ограничивающее сопротивление. [36]

Читайте так же:
Теплолюкс выключатель для теплого пола инструкция

При увеличении обратного напряжения емкость точечных диодов можно считать практически постоянной. [37]

При увеличении обратного напряжения выше некоторого значения наблюдается существенное возрастание обратного тока. Область значений этого тока соответствует предпробойному состоянию диода. При дальнейшем увеличении t / 06p происходит пробой p — n — перехода, сопровождающийся резким увеличением обратного тока, если в цепи диода не включен токоограничиваю-щий резистор. Различают электрический ( лавинный и полевой) и тепловой пробои. [38]

При увеличении обратного напряжения емкость диода уменьшается. При прямом напряжении, приложенном к диоду, емкость увеличивается. Кроме перечисленных выше электрических параметров, в паспортах диодов указывают параметры предельного режима работы диода, при которых обеспечивается заданная надежность при длительной работе. [40]

При увеличении обратного напряжения ток почти не увеличивается, так как расширяется пр-переход, а градиенты концентрации Гп ( Хр) и Гр ( хп), определяющие величину токов диффузии, остаются почти неизменными. Ток, протекающий через пр — переход при наличии обратного напряжения, называется обратным током. Этот ток очень мал поскольку создается движением неосновных носителей заряда, концентрация которых невелика. Если прямой ток составляет десятки — сотни миллиампер, то обратный ток равен десяткам — сотням микроампер. [41]

При увеличении обратного напряжения до определенной величины ( порогового напряжения f / 0gp) обратный ток тиристора, как видно из типовой вольт-амперной характеристики ( рис. 1, в), растет незначительно. [42]

При увеличении обратного напряжения ык параметр Й22э будет уменьшаться из-за уменьшения Спр и gw — Однако с увеличением Ро, как видно из ур-ния (9.79), Л22э будет увеличиваться. [43]

При увеличении обратного напряжения коллекторного перехода ( увеличении напряжения t / a) ток / ко возрастает ( за счет термогенерации и тока утечки), а это вызывает увеличение / а. Соответственно коэффициенты AI и Л2 условных транзисторов становятся больше, что согласно формуле ( 5 — 2) вызывает дальнейшее увеличение анодного тока и эмиттерных токов условных транзисторов. [44]

Диффузионный ток

Кроме теплового возбуждения, приводящего к возник­новению равновесной концентрации зарядов, равномерно распределенных по объему полупроводника, обогащение полупроводника электронами до концентрации np и дыр­ками до концентрации pn может осуществляться его осве­щением, облучением потоком заряжённых частиц, введе­нием их через контакт (инжекцией) и т. д. В этом случае энергия возбудителя передается непосредственно носите­лям заряда и тепловая энергия кристаллической решетки остается практически постоянной. Следовательно, избы­точные носители заряда не находятся в тепловом равнове­сии с решеткой и поэтому называются неравновесными. В отличие от равновесных они могут неравномерно распре­деляться по объему полупроводника (рисунок 1.6, б)

После прекращения действия возбудителя за счет реком­бинации электронов и дырок концентрация избыточных но­сителей быстро убывает и достигает равновесного значения.

Носители зарядов рекомбинируют в объеме полупро­водника и на его поверхности. Неравномерное распределение неравновесных носите­лей зарядов сопровождается их диффузией в сторону мень­шей концентрации. Это движение носителей зарядов обу­словливает прохождение электрического тока, называемо­го диффузионным (рисунок 1.6, б).

Читайте так же:
Тепловое явление тока примеры

Если в полупроводнике существует и электрическое поле, и градиент концентрации носителей, проходящий ток будет иметь дрейфовую и диффузионную составляющие. В таком случае плотности токов рассчитываются по следую­щим уравнениям:

; .

9. Электрические переходы. Структура и образование р-п-перехода.

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на физических явлениях, происходящих в области контакта твердых тел. При этом преимущест­венно используются контакты: полупроводник-полупровод­ник; металл-полупроводник; металл-диэлектрик-полупро­водник.

Если переход создается между полупроводниками n-типа и p-типа, то его называют электронно-дырочным или p-n переходом.

Электронно-дырочный переход создается в одном кри­сталле полупроводника с использованием сложных и раз­нообразных технологических операций.

Рассмотрим p-n переход, в котором концентрации до­норов Nд и акцепторов Na изменяются скачком на границе раздела (рис. 1.7, а). Такой p-n переход называют рез­ким. Равновесная концентрация дырок в p-области ( ) значительно превышает их концентрацию в n-области ( ). Аналогично для электронов выполняется условие > . Неравномерное распределение концентраций одноименных носителей зарядов в кристалле (рис. 1.7, б) приводит к возникновению диффузии электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Такое движе­ние зарядов создает диффузионный ток электронов и ды­рок. С учетом выражений (1.13) и (1.14) плотность полно­го диффузионного тока, проходящего через границу разде­ла, определится суммой

.

Электроны и дырки, переходя через контакт навстречу друг другу (благодаря диффузии), рекомбинируют и в приконтактной области дырочно­го полупроводника образуется нескомпенсированный заряд отрицатель­ных ионов акцепторных примесей, а в электронном полу­проводнике нескомпенсирован ный заряд положительных донорных ионов (рис. 1.6, в). Таким образом, электрон­ный полупроводник заряжается положительно, а дыроч­ный — отрицательно. Между областями с различными ти­пами электропроводности возникает собственное электри­ческое поле напряженностью Eсоб (рис. 1.7, а), созданное двумя слоями объемных зарядов.

Этому полю соответствует разность потенциалов Uк между n- и p-областями, назы­ваемая контактной (рис. 1.7, г). За пределами области объемного заряда полупроводниковые области n- и р-типа остаются электрически нейтральными.

Собственное электрическое поле является тормозя­щим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Электроны p-области и дырки n-области, со­вершая тепловое движение, попадают в пределы диффузи­онного электрического поля, увлекаются им и перебрасы­ваются в противоположные области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости.

Выведение носителей заряда из области полупроводни­ка, где они являются неосновными, через электронно-дырочный переход ускоряющим электрическим полем назы­вают экстракцией носителей заряда.

Используя выражение (1.12) и учитывая, что Е = -dU/dx, определяем плотность полного дрейфового тока через гра­ницу раздела p- и n-областей:

.

Так как через изолированный полупроводник ток про­ходить не должен, между диффузионным и дрейфовым то­ками устанавливается динамическое равновесие:

. (1.15)

Приконтактную область, где имеется собственное электрическое поле, называют p-n переходом.

Поскольку потенциальная энергия электрона и потен­циал связаны соотношением W = -qU, образование не­скомпенсированных объемных зарядов вызывает пониже­ние энергетических уровней n-области и повышение энер­гетических уровней р-области. Смещение энергетических диаграмм прекратится, когда уровни Ферми W фn и W фp совпадут (рис. 1.7, д). При этом на границе раздела (x = 0) уровень Ферми проходит через середину запрещенной зоны. Это означает, что в плоскости сечения x = 0 полупровод­ник характеризуется собственной электропроводностью и обладает по сравнению с остальным объемом повышен­ным сопротивлением. В связи с этим его называют запи­рающим слоем или областью объемного заряда.

Читайте так же:
Количество теплоты через силу тока сопротивление

Совпадение уровней Ферми n- и p-областей соответству­ет установлению динамического равновесия между облас­тями и возникновению между ними потенциального барь­ера Uk для диффузионного перемещения через p-n переход электронов n-области и дырок p-области.

Из рис. 1.7, д следует, что потенциальный барьер

.

Подстановка в это выражение результатов логарифмиро­вания соотношений (1.4), (1.7) позволяет получить сле­дующее равенство:

.

Если обозначить jт = kT/q и учесть уравнение (1.10), то можно записать:

; (1.16) . (1.17)

Из уравнений (1.16) и (1.17) следует:

; . (1.18)

При комнатной температуре (Т = 300 К) jт » 0,026 В.

Таким образом, контактная разность потенциалов зави­сит от отношения концентраций носителей зарядов одного знака в р- и n-областях полупроводника.

Другим важным параметром p-n перехода является его ширина, обозначаемая d = dp + dn.

На основании этого выражения формулу для определения ширины запирающего слоя p-n перехода можно записать в следующем виде:

. (1.24)

Из соотношения (1.24) видно, что на ширину запираю­щего слоя существенное влияние оказывает концентрация примесных атомов. Увеличение концентрации примесных атомов сужает запирающий слой, а уменьшение расширя­ет его. Это часто используется для придания полупровод­никовым приборам требуемых свойств.

10. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии равновесия. Формула для контактной разности потенциалов.

11. Потенциальный барьер, толщина и энергетические диаграммы р-п-перехода.

12. Вольт-амперная характеристика идеализированного р-п-перехода.

Вольтамперная характеристика представляет собой график зависимости тока во внешней цепи p-n перехода от значения и полярности напряжения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспери­ментально или рассчитана на основании уравнения вольтамперной характеристики.

Уравнение теоретической вольтамперной характеристики:

, (1.37)

где IS— ток насыщения. В это уравнение напряжение U подставляется со знаком «плюс» при включении p-n перехода в прямом направлении и со знаком «минус» при об­ратном включении.

Уравнение (1.37) позволяет рассчитать теоретическую вольтамперную характеристику тонкого электронно-дыроч­ного перехода, в котором отсутствуют генерация и реком­бинация носителей зарядов.

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода, построенная на основании уравнения (1.37), при­ведена на рис. 1.10. При увеличении

Рисунок 1.10 Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода.

обратного напряже­ния ток через p-n переход стремится к предельному зна­чению js, которого достигает при обратном напряжении примерно 0,1. 0,2 В.

Чем больше ширина запрещенной зоны полупроводника и концентрация при­месей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

Процессы генерации и рекомбинации носителей в запи­рающем слое оказывают существенное влияние на вид вольтамперной характеристики. В отсутствие внешнего на­пряжения между процессами генерации и рекомбинации устанавливается равновесие. При приложении к p-n переходу обратного напряжения дырки и электроны, обра­зующиеся в результате генерации, выводятся полем запи­рающего слоя. Это приводит к возникновению дополни­тельного тока генерации Iген, совпадающего с обратным током p-n перехода. В германиевых p-n переходах током генерации можно пренебречь, но в кремниевых p-n переходах он является основной составляющей обратного тока. Поэто­му на вольтамперных характеристиках кремниевых p-n переходов нет выраженного участка насыщения.

Читайте так же:
Мощность тепловых потерь источника тока

13. Вольт-амперная характеристика реального р-п-перехода.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .

Прямое и обратное включение перехода

При использовании (p)-(n)-перехода в реальных полупроводниковых приборах к нему может быть приложено внешнее напряжение. Величина и полярность этого напряжения определяют поведение перехода и проходящий через него электрической ток. Если положительный полюс источника питания подключается к (p)-области, а отрицательный ­— к (n)-области, то включение называют прямым включением. При изменении указанной полярности включение (p)‑(n)‑перехода называют обратным включением.

При прямом включении (p)-(n)-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному электрическому полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.

Повышенная диффузия носителей зарядов через переход приводит к повышению концентрации дырок в области (n)-типа и электронов в области (p)-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей. Неравновесные неосновные носители диффундируют вглубь полупроводника и нарушают его электронейтральность. Восстановление нейтрального состояния полупроводника происходит за счет поступления носителей зарядов от внешнего источника. Это является причиной возникновения тока во внешней цепи, называемого прямым током.

При включении (p)-(n)-перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в (p)-(n)-переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.

Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. Поскольку количество дрейфующих неосновных носителей не зависит от приложенного напряжения (оно влияет только на их скорость), то при увеличении обратного напряжения ток через переход стремиться к предельному значению (I_S) , которое называется током насыщения. Чем больше концентрация примесей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector