3.7. Частотные свойства p-n-перехода

Будем считать, что к р-n-переходу кроме постоянного прямого напряжения U приложено синусоидальное напряжение с малой амплитудой U_m и частотой . Частотные свойства p-n-перехода можно характеризовать зависимостью от часто­ты отношения амплитуд тока и напряжения, т.е. комплексной проводимостью . Для расчета проводимости формально можно использовать эк­вивалентную схему (линейную модель), приведенную на рис. 3.23,б, если уже из­вестны частотные зависимости величин ее элементов. Мы уже отмечали, что барьерная емкость от частоты не зависит, а диффузионная емкость убывает с повышением частоты. О частотной зависимости дифференциального сопротив­ления речи вообще не было.

Достаточно строгое решение задачи без привлечения модели о частотной зависимости диффузионной емкости и дифференциального сопротивления проводится на основе фундаментального уравнения полупроводниковой электроники – уравне­ния непрерывности (см.

§ 2.2.3).

При рассматриваемом прямом включении р-n-перехода предполагается, что в ем­кости С_д преобладает диффузионная емкость, так что , а проводимость

(3.63)

Приведем без расчета результаты, полученные для p-n-перехода с размера­ми областей, много большими соответствующих диффузионных длин носителей заряда. На низких частотах диффе­ренциальное сопротивлениеr_Д име­ет такое же значение, так и R_диф, оп­ределенное по ВАХ. Значение диф­фузионной емкости оказывается в 2 раза меньше, чем определенное по формуле (3.61). На высоких частотах дифференциальное сопротивление r_Д убывает примерно обратно про­порционально (как и диффузион­ная емкость), а проводимость

1/r_Д соответственно растет.

За критерий «низкой» частоты бе­рутся значения от _p<< 1 и _n <<1, где _p и _n – времена жизни неосновных носителей в областях. За критерий «высокой» частоты берутся значения _p>>1 и _n>>1.

На рис. 3.24 показаны зависимости дифференциальной проводимости и диффузионной емкости от нормализованной частоты, при этом для упрощения предполагался асимметричный переход. Значения величин нормированы к низкочастотным значениям

1/R_диф и С_дфо [4].

Под импульсными свойствами p-n-перехода обычно понимают переходные процессы, происходящие при скачкообразном измене­нии полярности напряжения на р-n-переходе и прохождении через него импульса тока.

3.8.1. Переходные процессы при скачкообразном изменении полярности напряжения

Этот случай соответствует переклю­чению p-n-перехода из проводящего со­стояния в непроводящее, схематично представленному на рис. 3.25, где вме­сто реального импульсного генератора, обеспечивающего переключение от прямого напряжения

U_r1 к обратному – U_r2 (рис. 3.26,а), использованы два ис­точника с напряжениями U_r1 и U_r2 и ключ К.

Для ограничения обратного тока включен резистор R. В положений 1 ключа через р-n-переход протекает прямой ток I_пр (рис. 3.26,б), а на пере­ходе существует прямое напряжение (рис. 3.26,в). После переключения в р-n-переходе дол­жен протекать обратный ток, измене­ние которого можно пояснить с помо­щью распределения концентрации неосновных носителей в базовой области, за которую принята n-область (

N_а>>N_д).

Исходное распределение концентрации дырок вn-области р_n(х) до переключения (t < 0) изображено кривой 1 на рис. 3.27. Разность р_n — р_n0 представляет собой концентрацию избыточных дырок, накопленных в базе.

Значение р_n(0) при х = 0 соответствует границе обедненного слоя (перехода). Распределение концентра­ции дырок в базе и значение ее на границе обедненного слоя х = 0 после скачка напряжения не может измениться мгновенно из-за ко­нечной скорости носителей. Поэтому не может измениться мгно­венно и напряжение на самом переходе (см. рис. 3.26, в), и некото­рое время (до момента t₁) оно остается прямым. Однако через дос­таточно большое время (условно ) распределение концент­рации дырок в базе установится и будет изображаться кривой 2 (рис. 3.27), соответствующей статическому обратному напряжению U_r2 (см. рис. 3.11). Распределения в промежуточные моменты вре­мени заключены между кривыми 1 и 2.

Получается, что в интервале 0…t₁ на р-n-переходе действует прямое напряжение, однако через него протекает обратный ток I_{обр m} (см. рис. 3.26,6), определяемый из рис. 3.25 соотношением

При U_r2 >> U_np ток I_{обр m}  U_r2

/R, т.е. определяется приложен­ным обратным напряжением и сопротивлением R в цепи. Ток I_{обр m}при малом сопротивлении R может быть очень большим. Значе­ние R выбирается для ограничения тока I_{обр m}, но все равно ока­зывается на несколько порядков больше теплового тока I_опере­хода, который устанавливается в конце переходного процесса (рис. 3.26,б).

Происхождение обратного тока при прямом напряжении на пере­ходе объясняется тем, что после отключения напряжения U_r1

пре­кращается инжекция дырок в базу, т. е. исчезает причина, поддержи­вающая концентрацию избыточных дырок. Поэтому избыточные дырки (как неосновные носители) ускоряющим полем обедненного слоя начнут переноситься в р-область. Уход дырок приводит к изме­нению знака градиента dp_n/dx около границы перехода даже при небольшом уменьшении концентрации (кривые на рис. 3.27 при 0 < t < t₁) накопленных дырок. Знак dp_n/dx соответствует направлению обрат­ного тока из n-области в р-область. Пока у границы обедненного слоя ( х = 0) имеется достаточное число неосновных носителей, р-n-переход способен пропускать большой ток в обратном направлении. После того как концентрация на границе станет равной кон­центрации p_n0, при которой напряжение на переходе равно нулю, градиент и количество уходящих через обедненный слой дырок бу­дет монотонно убывать. Обратный ток при этом стремится к значе­нию теплового тока I_о, а скорость убывания тока определяется в ос­новном временем жизни неосновных носителей (дырок в n-области).

Интервал 0…

t₁ принято называть временем рассасывания не­основных носителей (точнее большей их части). Это рассасывание можно трактовать также как процесс разрядки диффузионной емко­сти. Когда напряжение на р-n-переходе при t = t₁ практически приближается к нулю, а затем становится обратным, диффузионной ем­костью можно пренебречь (равна нулю). После момента t₁ происхо­дит рассасывание остальной части неосновных носителей вследст­вие ухода и рекомбинации. Практически за момент окончания этой стадии переходных процессов берут момент (t₁ + t₂), когда значение обратного тока уменьшается до

0,1I_обр м, или до 0,1I_пр, или другого значения, близкого к I_о. Интервал t₂ принято называть временем восстановления обратного тока или обратного сопротивления (t_вoc = t₂). За это время обратное напряжение на переходе практичес­ки достигает значения напряжения генератора U_r2 (см. рис. 3.26,в). При этом происходит также расширение границ обедненного слоя, т.е. изменение (уменьшение) барьерной емкости. Установление об­ратного тока на второй стадии ( t > t₁)можно смоделировать барьер­ной емкостью и трактовать как ее зарядку, приводящую к увеличе­нию количества зарядов в обедненном слое.

Таким образом, для описания переходных процессов в р-n-переходе можно использовать нелинейную модель (см. рис. 3.23, д), со­держащую диффузионную и барьерную емкости. Очевидно, что для уменьшения длительности переходных процессов необходимо сни­жать значения барьерной и диффузионной емкостей.

3.8.2. Переходные процессы при воздействии импульса прямого тока

Импульс тока с амплитудойI_пр (рис. 3.28,а) может быть получен с помощью генератора тока, в качестве которого можно использовать импульсный генератор напряжения с большим внутренним сопроти­влением или сопротивлением, включенным последовательно с ис­следуемым р-n-переходом. Эти сопротивления должны быть много больше прямого сопротивления р-n-перехода.

До включения генератора тока ба­зовая область (n-область) находилась в состоянии равновесия (не было избыточных дырок). После включения ге­нератора дырки будут переноситься током из р-области в n-область. Для получения установившегося распределения и необходимого ко­личества дырок в n-области требуется определенное время. Установившееся распределение показано кривой 4 на рис. 3.29. Кри­вые 3, 2 и 1 соответствуют распределению в предыдущие моменты времени. Однако наклон всех кривых (градиент dp_n/dx) при х = 0 оди­наков, так как он всегда должен обеспечивать один и тот же диффу­зионный ток I_пр ~ dp_n/dx. Так как после включения происходит рост кон­центрации дырок p_n на границе (х = 0) обедненного слоя и в самой ба­зе, то одновременно происходит как плавный рост прямого напряже­ния на переходе, так и уменьшение объемного сопротивления базы R_б, на котором ток создает падение напряжения.

Поэтому следует рассматривать два случая. Если I_пр мал и паде­нием напряжения I_прR_б можно пренебречь, то изменение прямого напряжения р-n-перехода будет соответствовать рис. 3.28,б. При этом устанавливается напряжение U_p. После окончания импульса тока на р-n-переходе сохраняется прямое напряжение, пока избыто­чные носители базы (дырки) не рекомбинируют.

При больших токах I_пр необходимо учитывать падение напря­жения U_б = I_прR_б и его изменение, вызванное уменьшением R_б по мере накопления носителей в базе. Этому случаю соответствует рис. 3.28,в. Вначале наблюдается скачок напряжения U_б. Затем идет плавный рост напряжения (обычно быстрый) и далее начинается спад до установившегося значения U_пр. Спад связан с уменьшением R_б. После окончания импульса тока (I = 0) напряжение на диоде ска­чком уменьшается на I_прR_б, а затем убывает, как на рис. 3.28,б, пока не рекомбинируют все избыточные дырки в базе.

Длительность процесса установления прямого напряжения р-n-перехода характеризуется временем установления прямого напряжения или прямого сопротивления t_ycт. Это время отсчитыва­ется от момента включения импульса тока до момента, при котором напряжение достигает значения 1,1U_пр.

Температурные и частотные свойства p-n-перехода — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров. .. Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из по­вторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует… Динамика и детерминанты показателей газоанализа юных спортсменов в восстановительном периоде после лабораторных нагрузок до отказа… Интересное: Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений… Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются… Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6 Свойства p-n -перехода существенно зависит от температуры отгружающей среды. Из за повышения температуры возрастает генерация пар носителей заряда электронов и дырок, то есть увеличивается концентрация не основных носителей и собственная проводимость полупроводника. При повышении температуры прямой и обратные токи растут, а p-n-переход теряет свое основное свойство — одностороннюю проводимость . Прямой ток при p-n-переходе при нагреве растет не так сильно, как обратный ток- это объясняется тем, что прямой ток возникает главным образом за счет примесной проводимости, а концентрация примесей от температуры не зависит. Свойства p-n-перехода зависят также от частоты приложенного напряжения, это объясняется наличием собственной емкости между слоями полупроводника с разными типами проводимости. При работе на высоких частотах емкостное сопротивление уменьшается и обратный ток может пройти через эту емкостью не смотря на большую величину сопротивления Rобратн. Это нарушает нормальную работу прибора, так как p-n-переход теряет свойства односторонней проводимости, поэтому для работы на высоких частотах используется в основном точечные полупроводниковые приборы у которых площадь p-n-перехода незначительно и собственная емкость мала. ПРОБОЙ P-N-ПЕРЕХОДА При некотором значении …. возникает пробой p-n-перехода при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя резко уменьшается. Таким образом под пробоем p-n-перехода понимают значительное уменьшение обратного сопротивления сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Различают 2 вида пробоев: 1) Электрический (обратимый) 2) Тепловой(необратимый) которые необходимо изучить самостоятельно Туннельныйпробой возникает при малой ширине p-n-перехода (например, при низкоомной базе), когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. В результате туннельного пробоя ток через переход резко возрастает и обратная ветвь ВАХ идет перпендикулярно оси напряжений вниз. Лавинныйпробой возникает в том случае, если при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон или дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов; здесь основную роль играют неосновные носители, они приобретают большую скорость. Лавинный пробой имеет место в переходах с большими удельными сопротивлениями базы («высокоомная база»), т.е. в p-n-переходе с широким переходом. Тепловойпробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода. Если туннельный и лавинный пробои, называемые электрическими, обратимы, то после теплового пробоя свойства перехода меняются вплоть до разрушения перехода. Напряжения и токи в p-n-переходах зависят от параметров перехода и его температуры. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ   Основаны на эффектах обусловленных переносом заряда в твердом теле и предназначены для усиления , генерирования и преобразования . Параметры полупроводцниковых приборов определяются, как геометрическими размерами, так и свойствами материалов полупроводника из которого изготовлен прибор. Большинство полупроводниковых приборов применяемых в устройства промышленной электроники и радиоаппаратуры можно разделить на следующие группы: 1) Полупроводниковые диоды 2) Транзисторы 3) Тиристоры Полупроводниковые диоды относятся к двухэлектродным приборам . Транзисторы — трёхэлектродным . Тиристоры существуют как в двухэлектродном(динисторы), так и в трехэлектродным (тринисторы) исполнении. Основой перечисленных полупроводниковых приборов является кристалл полупроводника с одним или несколькими p-n-переходами. В промышленной электронике помимо этого также находят применение беспереходные полупроводниковые приборы — полупроводниковые резисторы у которых p-n-переход отсутствует. Такие резисторы изготовляют из однородного полупроводникового материала, электрические свойства которого определяют характеристики и параметры резисторов. Маломощные полупроводниковые приборы изготовляют, как в дискретном (отдельном) , так и в интегральном исполнении. Мощные (силовые) полупроводниковые приборы изготовляют только в дискретном исполнении . Технология изготовления не изменяя общего характера процессов протекающих в приборе оказывает существенное влияние на его технические и эксплуатационные показатели .     ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ Полупроводниковые резисторы представляют обширный класс полупроводниковых приборов принцип действия которых основан на свойствах полупроводников изменять свое сопротивление под действием температуры электромагнитного излучения приложенного напряжения и других факторов. Одним из основных механизмов которые используются в таких приборах является процесс генерации пар электрон-дырка под воздействием внешних факторов. К полупроводниковым резисторам относят 0терморезисторы, терморезисторы, фоторезисторы , варисторы) . Терморезисторы — приборы, сопротивление которых значительно изменяется при изменении температуры Фоторезисторы — приборы принцип действия которых основан на фоторезистивном эффекте — изменении сопротивления полупроводникового материала под действием электромагнитного излучения. Варисторы — приборы, работа которых основана на эффекте уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения. САМОСТОЯТЕЛЬНО ИЗУЧИТЬ (РАССМОТРЕТЬ) ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ (ЧТО ТАКОЕ ЗАЧЕМ ПОЧЕМУ) ФОТОРЕЗИСТОРЫ ВАРИСТОРЫ . ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ, ТЕРМИСТОР ТЕРМОПАРА. ТЕМЗОРЕЗИСТОРЫ(ноу нид)   ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Диод — простейший полупроводниковый прибор, который позволяет току течь только в одном направлении. Полупроводниковый диод представляет собой электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним p-n- переходом и двумя внешними выводами под областей кристалла с разными типами электропроводности. Именно p-n-переход является основой любого полупроводникового диода(кроме диодов с барьером металл-полупроводник, то есть диодов шеттки и диодов Ганна и определяет его свойства, его технические характеристики и параметры. Наибольшее применение получили Германиевые и Кремневые полупроводниковые диоды, а так же диоды, выполненные на основе арсенида галлия. В зависимости от способов получения p-n-переходов полупроводниковые диоды делятся на 2 типа: плоскостные и точечные. Диод создается соединением вместе n и p типа. В области контактов этих материалов образуется переход , такой диод называется диодом на основе p-n-перехода. При формировании перехода подвижные заряды в его окрестности притягиваются к зарядам противоположного знака и дрейфуют по направлению к переходу( электроны в одну сторону, дырки в другую) . По мере накопления зарядов этот процесс усиливается . Некоторые электроны из полупроводника n — типа перемещаются через переход , заполняя дырки вблизи перехода в материале p — типа. В материале n- типа в области перехода электронов становится меньше. Эта область перехода, где концентрация электронов и дырок уменьшена называетсяобедненным слоем . Он занимает небольшую зону с каждой стороны перехода. В обедненном слое нет основных носителей . и материалы n и p- типа не являются больше электрически нейтральными. Материалы n- типа становятся положительно заряженным близи перехода , а материал p -типа — отрицательно. обедненный слой не может стать большим , так как взаимодействие зарядов быстро ослабевает при увеличении расстояния , и слой остается малым. Размер слоя ограничен зарядами противоположного знака , расположенными по обе стороны перехода . Как только отрицательные заряды располагаются вдоль перехода они отталкивают другие электроны , и не дают им пересечь переход . Положительные заряды поглощают свободные электроны и так же не дают им пересечь переход . Эти заряды противоположного знака выстроившиеся с двух сторон перехода создают напряжение называемое потенциальным барьером. Это напряжение может быть представлено, как внешний источник тока, хотя существует только на p-n-переходе. Потенциальный барьер мал, его величина оставляет только несколько десятых долей вольты (0.3 для германия, 0.7 для кремния ) . Потенциальный барьер проявляется, когда к p-n-переходу прикладывается внешнее напряжение. Напряжение, приложенное к диоду называется напряжением смещения. Напряжение смещения бывают прямым и обратным . Когда ток течет от n(-)-типа к материалу p-(+)типа то говорят что диод смещен в прямом направлении . То, текущий через диод, смещенный в прямом направлении ограничен сопротивлением материала p и n -типов и внешним сопротивлением цепи. Сопротивление диода не велико. Следовательно подсоединение источника тока к диоду в прямом направлении создает большой ток. При этом может выделиться такое количество тепла , которого достаточно для разрушения диода. Для того, чтобы ограничить ток последовательно с диодом необходимо включить резистор. Диод проводит ток в прямом направлении только тогда , когда величина внешнего напряжения больше потенциального барьера . Когда диод начинает проводить ток , на нем появляется падение напряжения равное потенциальному барьеру и называется прямым падением напряжения(Eпр ) . В диоде на который подано напряжение смещения в прямом направлении отрицательный вывод внешнего источника тока соединен с материалом n- типа, а положительный вывод с материалом p -типа. Если эти выводы поменять местами диод не будет проводить ток и про него говорят, что он смещен в обратном направлении . В результате обедненный слой p-n-перехода становится шире и сопротивление перехода увеличивается . Приложенное в обратном направлении напряжение смещения увеличивает потенциальный барьер . Если напряжение внешнего источника равно величине потенциального барьера электроны и дырки не могут поддерживать протекание тока . При обратном напряжении смещения течет очень маленький ток. Этот ток утечки называется обратным током и существует благодаря наличию не основных носителей . Таким образом можно сказать, что диод на основе p-n-перехода является устройством пропускающим ток только в одном направлении. Это свойство позволяет использовать диод в качестве выпрямителя , который преобразует переменное напряжение в постоянное. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДОВ ДОМА Прямое напряжение ! да(нет)(да)(нет)(да)(нет) Обозначения полупроводниковых диодов. Обозначения полупроводниковых диодов состоят из 6 элементов. 1 элемент(буква или цифра) обозначает исходный материал: Г или цифра 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — соединения галлия. Обозначения, начинающиеся с цифры присваиваются приборам , которые могут работать при повышенных температурах или других внешних факторах. 2 элемент(буква) указывает на тип полупроводникового диода: Д — выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Ц — выпрямительные столбы и блоки А — сверхвысокочастотные диоды С — стабилитроны и стабисторы И — туннельные и обращенные диоды В — варикапы Л — излучающие диоды Г- генераторы шума Б — диоды Ганна К — стабилизаторы тока 3 элемент(цифра) определяет назначение и качественные свойства диодов 4 и 5 элементы (цифры) обозначают порядковый номер разработки от 0. 1 до 99(за исключением стабилитронов и стабисторов). У стабилитронов имеющих напряжение стабилизации в вольтах от 1 до 9.9 вольта и от 10 до 99 вольт 4 и 5 элементы обозначают напряжение стабилизации. У стабилитронов имеющих напряжение стабилизации от 100 до 199 вольт — разность между номинальным значением напряжения и стабилизации и 100 вольтами. У стабисторов имеющих напряжение стабилизации менее 1 вольта 4 и 5 элементы обозначают десятые и сотые доли вольта . 6 элемент(буква) определяет разновидность прибора по технологическим признакам, а для стабилитронов и стабисторов указывает на последовательность разработки . Схематическое обозначение диода выглядит следующим образом:     На схематическом изображении полупроводникового диода треугольник является анодом(p область) . Черточка — катод (n часть). Прямой ток течет   Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Треугольник нужно рассматривать, как стрелку показывающую условное направление прямого тока . ⇐ Предыдущая123456 Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой… Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… 

Влияние температуры и частоты на электрические и диэлектрические свойства диода металл-изолятор-полупроводник (МДП) на основе n-4H SiC с промежуточным слоем тонкой пленки Si3N4

1. «>

   E.H. Rhoderick, R.H. Williams, Metal Semiconductor Contacts (Cleredon, Oxford, 1988)

   Google ученый

2. С.М. Сзе, К.К. Ng, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, Hoboken, 2007)

   Google ученый

3. С. С. Ли, Semiconductor Physical Electronics (Springer, New York, 2006)

   Google ученый

4. С. Наяк, С. Ачарья, М. Барал, М. Гарбрехт, Т. Гангули, С.М. Шивапрасад, Б. Саха, Appl. физ. лат. 115 , 251901 (2019)

   Google ученый

5. С. Чой, Ю.Дж. Ким, Дж. Чон, Б.Х. Ли, Дж.Х. Чо, С. Ли, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 , 47190–47196 (2019)

   КАС Google ученый

6. E. Monteblanco, F. Donatini, M. Hehn, D. Lacour, Y. Lassailly, J. Peretti, N. Rougemaille, Phys. B 100 , 205301 (2019)

   CAS Google ученый

7. А. Пандей, С. Лю, З. Денг, В.Дж. Шин, Д.А. Лалеян, К. Машук, Э.Т. Reid, E. Kioupakis, P. Bhattacharya, Z. Mi, Phys. Преподобный Матер. 3 , 053401 (2019)

   КАС Google ученый

8. DE Йылдыз, Х. Х. Гуллу, А. Сарилмаз, Ф. Озел, А. Коджигит, М. Йылдырым, J. Mater. науч. 31 , 935–948 (2020)

   КАС Google ученый

9. А. Карабулут, А. Турут, С. Каратас, Дж. Мол. Структура 1157 , 513–518 (2018)

   КАС Google ученый

10. Афандиева И.М., Докме И., Алтындал С., Алтындаль Л.К. Абдуллаева, Ш.Г. Аскеров, Микроэлектрон. англ. 85 , 365–370 (2008)

    КАС Google ученый

11. И. Ташоглу, С.О. Тан, С. Алтиндал, Дж. Матер. науч. 30 , 11536–11541 (2019)

    КАС Google ученый

12. Х. Х. Гуллу, Д. Э. Йылдыз, Дж. Матер. науч. 30 , 19383–19393 (2019)

    КАС Google ученый

13. Ю. Слимания, Б. Унал, Э. Ханначи, А. Сельми, М. А. Альмесьер, М. Наваз, А. Байкал, И. Эрджан, М. Йылдыз, Ceram. Междунар. 45 , 11989–12000 (2019)

    Google ученый

14. Д.А. Мюллер, Т. Сорш, С. Моччио, Ф. Х. Бауманн, К. Эванс-Латтеродт, Г. Тимп, Nature 399 , 758–761 (1999)

    CAS Google ученый

15. А. Татароглу, Микроэлект. англ. 83 , 2551–2557 (2006)

    КАС Google ученый

16. Р. Махани, А. Эшери, М.М.М. Эльнашарти, Кремний (2019). https://doi.org/10.1007/s12633-019-00277-4

    Артикул Google ученый

17. Г. Паччииони, Л. Скуя, Д.Дж. Griscom, Дефекты в SiO2 и родственных диэлектриках: наука и технология (Kluwer Academic Publishers, Дордхект, 2000 г.)

    Google ученый

18. Р.С. Bonilla, P.R. Wilshaw, J. Phys. Д 51 , 025101 (2018)

    Google ученый

19. К. Легейт, П. Лёльген, Й.А. Эйкельбум, А.В. Вебер, Ф.М. Шуурманс, В.К. Синке, П.Ф.А. Алкемейд, П.М. Сарро, C.H.M. Marée, L.A. Verhoef, Sol. Энергия Матер. Sol Cell 40 , 297–345 (1996)

    КАС Google ученый

20. «>

    З.Р. Чоудхури, К. Чо, Н.П. Херани, заявл. физ. лат. 101 , 021601 (2012)

    Google ученый

21. Ф.Йигитерол, Х.Х.Гуллу, О.Байракли, Д.Э. Йилдиз, Дж. Электрон. Матер. 47 , 2979–2987 (2018)

    КАС Google ученый

22. О.А. Лукьянова, В.В. Сирота, Керам. Междунар. 43 , 8284–8288 (2017)

    КАС Google ученый

23. С. Алтиндал, О. Севили, Ю. Азизян Каланараг, Дж. Матер. науч. 30 , 9273–9280 (2019)

    КАС Google ученый

24. М.М. Бюльбюль, Микроэлектрон. англ. 84 , 124–128 (2007)

    Google ученый

25. Т. Атасевен, А. Татароглу, Чин. физ. Б 22 , 117310 (2013)

    Google ученый

26. «>

    Ф.З. Пур, А. Татароглу, Phys. Скр. 86 , 035802 (2012)

    Google ученый

27. Д.А. Закхейм, В.В. Лундин, А.В. Сахаров, Е.Е. Заварин, П.Н. Брунков, Е.Ю. Лундина, А.Ф. Цацульников, С.Ю. Карпов, Полуконд. науч. Технол. 33 , 115008 (2018)

    Google ученый

28. WJ Liu, I. Sayed, C. Gupta, HR Li, S. Keller, U. Mishra, Appl. физ. лат. 116 , 022104 (2020)

    Google ученый

29. Э. Акурио, Н. Ронки, Б. Де Джагер, Б. Бейкерут, С. Декутер, Л. Тройман, IEEE Trans. Электрон. Дев. 99 , 1–7 (2019)

    Google ученый

30. Т.Ю. Ли, С.Х. Ли, Дж.В. Сын, С.Дж. Ли, Дж.Х. Бонг, Э.Дж. Шин, С.Х. Ким, В.С. Хван, Дж. М. Мун, Ю.К. Чо, Б. Дж. Чо, Solid State Electron. 164 , 107713 (2020)

    Google ученый

31. «>

    К. Мутусену, Х. Дж. Барнаби, А. Патадиа, К. Холберт, А. Приват, Microelectron. Надежный 104 , 113554 (2020)

    Google ученый

32. Ю. Шен, А.Х. Джонс, Ю. Юань, Дж.Ю. Чжэн, Ю.В. Пэн, Б. ВанМил, К. Олвер, А.В. Sampath, C. Parker, E. Opila, J.C. Campell, Appl. физ. лат. 115 , 261101 (2019 г.)

    Google ученый

33. К. Кодзима, Х. Окумара, Appl. физ. лат. 116 , 012103 (2020)

    Google ученый

34. Э.Э. Танрикулу, Д.Э. Yildiz, A. Gunen, S. Altindal, Phys. Скр. 90 , 095801 (2015)

    Google ученый

35. Т. Кимото, Дж.А. Купер, Основы технологии карбида кремния: рост, характеристика (Уайли, Нью-Дели, 2014 г.)

    Google ученый

36. «>

    Т. Кимото, прог. Кристалл. Характер роста. Матер. 62 , 329–351 (2016)

    КАС Google ученый

37. J. Singh, Semiconductor Devices: Basic Principles (Wiley, New Delhi, 2007)

    Google ученый

38. J. Huang, Z. Huang, S. Yi, M. Fang, S. Zhang, Sci. Отчет 3 , 3504 (2013)

    Google ученый

39. М. Левинштейн, С. Румянцев, М. Шур, Свойства перспективных полупроводниковых материалов: GaN, AIN, InN, BN, SiC, SiGe (Wiley, New York, 2001)

    Google ученый

40. С. Алтиндал, Дж. Матер. науч. 30 , 17032–17039 (2019)

    Google ученый

41. Э. Арслан, Ю. Сафак, И. Ташиоглу, Х. Услу, Э. Озбай, Microelectron. англ. 87 , 1997–2001 (2010)

    КАС Google ученый

42. Х. Х. Гуллу, О. Байраклы Суруджу, М. Терлемезоглу, Д.Э. Йылдыз, М. Парлак, Дж. Матер. науч. 30 , 9814–9821 (2019)

    КАС Google ученый

43. К. Прабакар, С.К. Нарайандасс, Д. Мангаларадж, Phys. Статус Солид А 199 , 507–514 (2003)

    КАС Google ученый

44. HH Gullu, D.E. Yildiz, A. Kocyigit, M. Yildirim, J. Alloys Compd. 827 , 154279 (2020)

    КАС Google ученый

45. Ерискин С.А., Балбаси М., Орак И., Матер Дж. науч. 28 , 14040–14048 (2017)

    КАС Google ученый

46. «>

    И. Докме, С. Алтиндал, Т. Тунк, И. Услу, Microelectron. Надежный 50 , 39–44 (2010)

    Google ученый

47. Э. Э. Танрикулу, С. Демирезен, С. Алтиндал, И. Услу, J Mater Sci. 29 , 2890–2898 (2018)

    КАС Google ученый

48. В.В. Дэниел, Диэлектрическая релаксация (Академический, Лондон, 1967)

    Google ученый

49. А. Татароглу, И. Юджедаг, С. Алтиндал, Microelectron. англ. 85 , 1518–1523 (2008)

    КАС Google ученый

50. И. Ташоглу, О.Т. Озмен, Х.М. Сагбан, Э. Яглиоглу, С. Алтиндал, Дж. Электрон Матер. 46 , 2379–2386 (2017)

    КАС Google ученый

51. А. Челковски, Диэлектрическая физика (Эльзевир, Амстердам, 1980)

    Google ученый

52. DE Йылдыз, М. Йилдирим, М. Гёкчен, Дж. Вак. науч. Технол. А 33 , 031509 (2014)

    Google ученый

53. Х.Е. Лапа, А. Кокче, А.Ф. Оздемир, И. Услу, С. Алтиндал, Бюлл. Матер. науч. 41 , 82 (2018)

    Google ученый

54. М. Попеску, И. Бунгет, Физика твердых диэлектриков (Эльзивер, Амстердам, 1984)

    Google ученый

55. К.Г. Терк, С.О. Tan, S. Altindal, B. Inem, Phys. Б 582 , 411979 (2020)

    КАС Google ученый

56. А. Татароглу, С. Алтиндал, Microelectron. англ. 85 , 1866–1871 (2008)

    КАС Google ученый

57. «>

    А. Коджигит, И. Орак, А. Турут, мэтр. Рез. Эксп. 5 , 035906 (2018)

    Google ученый

58. O. Bidault, P. Goux, M. Kchikech, M. Belkaoumi, M. Maglione, Phys. B 49 , 7868–7873 (1994)

    CAS Google ученый

59. DE Yildiz, D.H. Apaydin, L. Toppare, J. Polym. науч. 128 , 1659–1664 (2013)

    КАС Google ученый

60. DE Йилдиз, С. Алтиндал, Оптоэлектрон. Доп. Матер. 4 , 1002–1007 (2010)

    КАС Google ученый

61. Н. Шивакоти, А. Бобби, К. Асокан, Б. Энтони, Матер. науч. Полуконд. Процесс 42 , 378–382 (2016)

    CAS Google ученый

62. А. Татароглу, С. Алтындал, М. М. Бюльбюль, Микроэлектрон. англ. 81 , 140–149 (2005)

    КАС Google ученый

63. М.З. Ахсан, Ф.А. Хан, М.А. Ислам, Results Phys. 14 , 102484 (2019)

    Google ученый

64. А. Эроглу, А. Татароглу, С. Алтиндал, Microelectron. англ. 91 , 154–158 (2012)

    КАС Google ученый

65. A. Ray, A. Roy, S. De, S. Chatterjee, S. Das, J. Appl. физ. 123 , 104102 (2018)

    Google ученый

66. Ерискин С.А., Балбаси М., Татароглу А., Заявл. Дж. Полим. науч. 133 , 43827 (2016)

    Google ученый

67. Ю. Бадали, С. Алтиндал, И. Услу, прог. Нац. науч. 28 , 325–331 (2018)

    КАС Google ученый

68. «>

    М.О. Erdal, A. Kocyigit, M. Yildirim, Mater. науч. Полуконд. Процессы 103 , 104620 (2019)

    КАС Google ученый

Скачать ссылки

Диод с p-n переходом – определение, формирование, характеристики, применение

Электропроводность полупроводникового материала находится между электропроводностью проводника, такого как металлическая медь, и электропроводностью изолятора, такого как стекло. Его удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры, в то время как металлы имеют обратный эффект. Добавляя примеси (легирование) в структуру кристалла, его проводящие характеристики могут быть изменены выгодным образом. Полупроводниковый переход образуется, когда в одном и том же кристалле возникают две различные легированные области. Диоды, транзисторы и большая часть современной электроники построены на поведении носителей заряда, таких как электроны, ионы и электронные дырки, в этих соединениях.

Кремний, германий, арсенид галлия и элементы так называемой металлоидной лестницы периодической таблицы являются примерами полупроводников. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах микроволнового диапазона и других устройствах. Кремний является важнейшим компонентом в производстве большинства электрических цепей.

p-n переход

Внутри полупроводника p-n переход представляет собой интерфейс или границу между двумя типами полупроводниковых материалов, а именно p-типа и n-типа.

Сторона p или положительная сторона полупроводника имеет избыток дырок, тогда как сторона n или отрицательная сторона имеет избыток электронов. Процесс легирования используется для создания p-n перехода в полупроводнике.

Формирование p-n перехода

Когда мы используем различные полупроводниковые материалы для формирования p-n перехода, будет граница зерен, которая будет препятствовать перемещению электронов с одной стороны на другую за счет рассеяния электронов и дырок, поэтому мы используем процедура допинга.

Например, Рассмотрим очень тонкий лист кремниевого полупроводника р-типа. Часть Si p-типа будет заменена кремнием n-типа, если добавить небольшое количество пятивалентной примеси. Этот лист теперь будет иметь области как p-типа, так и n-типа, а также соединение между ними. Диффузия и дрейф — это два вида процессов, происходящих после образования p-n перехода. Как мы все знаем, концентрация дырок и электронов на двух сторонах перехода различается: дырки с p-стороны диффундируют на n-сторону, а электроны с n-стороны диффундируют на p-сторону. Это вызывает диффузионный ток, протекающий через соединение.

Когда электрон диффундирует с n-стороны на p-сторону, он оставляет ионизированный донор на n-стороне, которая остается неподвижной. На n-стороне перехода по мере развития процесса образуется слой положительного заряда. Когда дырка перемещается с p-стороны на n-сторону, ионизированный акцептор остается на p-стороне, вызывая образование слоя отрицательных зарядов на p-стороне перехода. Зона истощения определяется как область положительного и отрицательного заряда на каждой стороне соединения. Направление электрического поля от положительного заряда к отрицательному заряду создается благодаря этой области положительного пространственного заряда на каждой стороне перехода. Электрон на p-стороне перехода перемещается на n-сторону перехода под действием электрического поля. Дрейф — это название, данное этому движению. Мы можем заметить, что дрейфовый ток течет в направлении, противоположном диффузионному току.

Условия смещения для диода с p-n переходом

В диоде с p-n переходом есть две рабочие области:

1. p-тип
2. n-тип

Прикладываемое напряжение определяет одно из трех условий смещения для диода с p-n переходом :

• На диод с p-n переходом не подается внешнее напряжение, пока он находится в нулевом смещении .
• Прямое смещение: P-тип подключается к положительной клемме потенциала напряжения, а n-тип подключается к отрицательной клемме.
• Обратное смещение: P-тип подключается к отрицательной клемме потенциала напряжения, а n-тип подключается к положительной клемме.

Прямое смещение

Говорят, что p-n переход смещен в прямом направлении, когда p-тип подключен к положительному выводу батареи, а n-тип — к отрицательному. Встроенное электрическое поле в p-n-переходе и приложенное электрическое поле имеют противоположные направления, когда p-n-переход смещен в прямом направлении.

Результирующее электрическое поле меньше, чем встроенное электрическое поле, когда оба электрических поля суммируются. В результате зона истощения становится менее стойкой и тоньше. При высоком приложенном напряжении сопротивление зоны обеднения становится незначительным. При 0,6 В сопротивление области обеднения в кремнии становится совершенно незначительным, позволяя току свободно течь по ней.

Обратное смещение

Говорят, что p-n переход имеет обратное смещение, когда p-тип соединен с отрицательной клеммой батареи, а n-тип подключен к положительной стороне. Приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле в этой ситуации имеют одинаковое направление.

Результирующее электрическое поле имеет то же направление, что и встроенное электрическое поле, что приводит к более резистивной и толстой зоне истощения. Если приложенное напряжение увеличивается, область истощения становится более устойчивой и толще.

Формула p-n перехода

Формула p-n перехода, основанная на встроенной разности потенциалов, создаваемой электрическим полем, выглядит следующим образом:0627 [ N _D – N _A / n _i ² ]

где

• Напряжение перехода при нулевом смещении равно
• При комнатной температуре В _{T тепловое напряжение 26 мВ.}
• Концентрации примесей обозначаются буквами N _D и N _A .
• Собственная концентрация обозначается n _i

Протекание тока в диоде p-n перехода

При увеличении напряжения электроны перемещаются с n-стороны на p-сторону перехода. Миграция дырок с p-стороны на n-сторону перехода происходит аналогичным образом при повышении напряжения. В результате между терминалами с обеих сторон существует градиент концентрации.

Произойдет перемещение носителей заряда из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией в результате развития градиента концентрации. Протекание тока в цепи обусловлено движением носителей заряда внутри p-n перехода.

ВАХ диода с p-n переходом

Кривая между напряжением и током в цепи определяет ВАХ диодов с p-n переходом. Ось x представляет напряжение, а ось y представляет ток. Кривая ВАХ диода с p-n переходом показана на графике выше. С помощью кривой мы видим, что диод работает в трех разных областях, а именно:

• Смещение нуля
• Смещение вперед
• Обратное смещение

На диод p-n перехода не подается внешнее напряжение, пока он находится при нулевом смещении, что означает, что потенциальный барьер на переходе препятствует прохождению тока.

Когда диод p-n перехода находится в прямом смещении, p-тип подключается к положительной клемме внешнего напряжения, а n-тип подключается к отрицательной клемме. Потенциальный барьер уменьшается при таком размещении диода. При напряжении 0,7 В для кремниевых диодов и 0,3 В для германиевых диоды потенциальные барьеры падают и протекает ток.

Ток медленно растет, пока диод находится под прямым смещением, и образующаяся кривая становится нелинейной, поскольку напряжение, подаваемое на диод, преодолевает потенциальный барьер. Как только диод пересекает потенциальный барьер, он работает нормально, и кривая быстро растет по мере увеличения внешнего напряжения, образуя линейную кривую.

Когда диод PN-перехода находится под отрицательным смещением, p-тип подключается к отрицательной клемме внешнего напряжения, а n-тип подключается к положительной клемме. В результате потенциальный барьер становится выше. Поскольку в переходе присутствуют неосновные носители, сначала возникает обратный ток насыщения.

При повышении приложенного напряжения увеличивается кинетическая энергия второстепенных зарядов, что влияет на основные заряды. Это точка, в которой диод выходит из строя. В результате диод может выйти из строя.

Применение диода с PN-переходом

• Когда диод с p-n-переходом имеет обратное смещение, диод можно использовать в качестве фотодиода, поскольку он чувствителен к свету.
• Его можно использовать в качестве солнечной батареи.
• Диод можно использовать в светодиодном освещении, если он смещен в прямом направлении.
• Во многих электрических схемах он используется в качестве выпрямителя, а в варакторах — в качестве генератора, управляемого напряжением.

Пример вопроса

Вопрос 1: Что такое обратное сопротивление?

Ответ:

Сопротивление диода с p-n переходом при обратном смещении называется обратным сопротивлением.

Вопрос 2: Что такое динамическое сопротивление диода?

Ответ:

Отношение изменения напряжения к изменению тока называется динамическим сопротивлением диода.

Вопрос 3: Что такое статическое сопротивление диода?

Ответ:

Отношение постоянного напряжения, подаваемого на диод, к постоянному току, протекающему через него, называется статическим сопротивлением диода.

Вопрос 4: Что такое обратное смещение?

Ответ:

Когда p-тип подключен к отрицательной клемме батареи, а n-тип подключен к положительной стороне, говорят, что p-n переход смещен в обратном направлении. В этом случае приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле указывают в одном направлении. Поскольку генерируемое электрическое поле имеет то же направление, что и встроенное электрическое поле, зона обеднения становится более резистивной и толстой. Область истощения становится более резистивной и толстой по мере увеличения приложенного напряжения.

Вопрос 5: Что такое прямое смещение?

Ответ:

Когда p-тип подключен к положительной клемме батареи, а n-тип к отрицательной клемме, говорят, что p-n переход смещен в прямом направлении.