|
| |
|
Слаботочка Книги Наличие области объемного заряда означает, что р-и-переход представляет собой конденсатор емкостью C, = S- (2.26) 2(ф„+ t/oOpl)J значение которой уменьшается при увеличении обратного напряжения {S - площадь р-и-перехода). При резком переключении р-п-перехода с прямого смещения на обратное имеет место процесс релаксации, во время которого плотность тока изменяется от одного стационарного значения /„р, определяемого по (2.20), до Js, определяемого по (2.22). В этом переходном процессе, обусловленном рассасыванием накопленного заряда избыточных дырок, выделяются две временные фазы. В течение первой фазы, длительность которой 1*тр(/лр/. (2-27) обратное сопротивление р-п-перехода равно нулю и протекающий через него ток разряда фактически определяется параметрами цепи: /раз=5/раз = foepi/iH {Ru - сопротивлсние нагрузочного резистора). В течение второй фазы плотность тока постепенно спадает от /раз до Js по закону обр (О ~ -раз ехр (- t/Tp) + /, (2.28) (здесь t отсчитывается от момента окончания первой фазы). Выделим основные свойства р-п-перехода: наличие потенциального барьера, управляемого внешним напряжением, области объемного заряда, ширина которой также зависит от приложенного напряжения, а также зарядной емкости; протекание большого прямого или очень малого обратного тока при приложении прямого или обратного напряжения соответственно; инжекция и накопление неосновных носителей заряда при прямом смещении; резкое увеличение обратного тока при некотором значении обратного напряжения или пробой, обусловленный лавинным размножением носителей или туннельным механизмом; инерционность рассасывания накопленных носителей заряда при резкой смене полярности внешнего смещения. Все эти свойства присущи и другим разновидностям активных структур оптоэлектронных приборов, но в различных количественных проявлениях. Контакт металл - полупроводник или барьер Шотки (рис. 2.7) в равновесном состоянии обладает потенциальным барьером Фн = Хм-Хо. (2-29) где Хм - работа выхода используемого металла; %о - постоянная, зависящая от вида полупроводника, тип его проводимости, степени легирования, совершенства границы раздела металл - полупроводник, наличия остаточных промежуточных слоев и других 66 факторов (в частности, для n-Si Хо3,75эВ). Для определения/об, Сб, /пр можно воспользоваться формулами р-п-перехода, процессы в предпробойной области также однотипны для обеих структур. Основное отличие связано с тем, что из-за отсутствия р-облас-ти ток через контакт переносится лишь основными носителями (электронами). Отсюда, во-первых, барьер Шотки не может использоваться там, где необходима инжекция (накачка) неосновных носителей заряда в базу; во-вторых, исключение накопления носителей заряда ведет к тому, что нет и переходного процесса при переключении барьера Шотки из прямого направления на обратное, т. е. структура отличается высоким быстродействием. Дополнительная особенность заключается в том, что оптические свойства металлического электрода и р-области (ср. рис. 2.7 и 2.5) могут быть различными, и это проявляется в различии спектральных характеристик р-и-перехода и барьера Шотки. В p-i-n-структуре между сильно легированными р+- и п+-об-ластями расположена область полупроводника с проводимостью, близкой к собственной. Строго собственной (/) проводимости достигнуть не удается: практически имеют дело с высокоомными слоями электронной (v) или дырочной (эх) проводимости, т. е. соответственно с p-v-n- или р-эх-п-структурами. От р-п-перехода p-i-n-структура отличается двумя основными моментами. Во-первых, при прямом смещении происходит инжекция дырок из р+-области и электронов из п-области - имеет .место двойная инжекция (рис. 2.6,6). Благодаря этому накопление зарядов в /-базе, а также модуляция сопротивления базы и инерционность при переключении проявляются заметнее. Если толщина /-области не очень велика (/i<jt.p(m)), то в широком диапазоне изменения прямого тока /пр она ведет себя как управляемый током резистор, сопро-  Рис. 2.7. Диод с выпрямляющим контактом типа металл - полупроводник [а) и его энергетические диаграммы в нейтральном состоянии (б), при прямом (в) и обратном (г) смещениях: / - р+-охранное кольцо; 2 - область объемного заряда: 3 - металл; 4 - диоксид кремния тивление которого определяется соотношением .я* (2.30) где Xi и Tj - эффективные значения подвижности и времени жизни электронно-дырочных пар в i-области. Во-вторых, при обратном смещении объемный заряд охватывает всю i-область, вследствие чего в ней возникает значительное электрическое поле и перенос носителей заряда определяется быстрыми дрейфовыми, а не медленными диффузионными процессами. Напряжение, при котором наступает полное обеднение i-об-ласти (Zo6 = /i), f;,б = /2/(2ee„x,p,)-ф„ (2.31) (при типичных /г~30 МКМ и рг»1... 5 кОм • СМ боб = 1 ... 5 В). Структура металл - диэлектрик - полупроводник или МДП-структура (рис. 2.8,а) характеризуется тем, что при приложении внешнего смещения электрическое поле у поверхности полупроводника вызывает искривление энергетических зон вблизи границы раздела и, как следствие, изменение концентрации носителей в  Ер Ей - Ее -----Ер -----f F - Егг Ер Ей Рис. 2.8. МДП-структура (а), ее равновесные энергетические диаграммы в идеальном (б) и реальном (в) случаях; характер искривления энергетических зон полупроводника при различных внешних смещениях {г-ж) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |