Концентрация ионизированных

В несимметричных р-л-переходах концентрация инжектированных носителей из эмиттера в базу гораздо больше, чем в обратном направлении. Параметром, характеризующим однонаправленность ин-жекции, является коэффициент инжекции у. Для рассматриваемого нами перехода можно записать

При изменении прямого напряжения, подаваемого на полупроводниковый диод, изменяется концентрация инжектированных носителей заряда, а следовательно, значение отрицательного заряда — Q, накапливаемого в р-области, и положительного заряда + Q в «-области. Такое изменение зарядов в диоде воспринимается внешней цепью как электрическая емкость, которая называется диффузионной емкостью CD,

В р-области электроны, перешедшие из л-области, являются неравновесными избыточными неосновными носителями заряда. При постоянном прямом напряжении U концентрация их у границы слоя пространственного заряда поддерживается на постоянном уровне, зависящем от U. Введение избыточных неосновных носителей при прохождении прямого тока через р-п-переход называют инжекцией. По мере удаления от границы пространственного заряда концентрация инжектированных электронов убывает вследствие рекомбинации с дырками - основными

7.13. Для германиевого р-гг-перехода предыдущей задачи вычислить: а) концентрацию дырок на границе обедненного носителями заряда слоя и материала n-типа, если на переход подаются прямые и обратные напряжения 25, 50 и 100 мВ; б) прямое напряжение, при котором концентрация инжектированных дырок составляет 10% равновесной концентрации электронов; в) удельную проводимость на границе обедненного носителями заряда слоя в этом случае.

В результате в коллекторной области накапливается избыточный заряд дырок, составляющий большую часть всего избыточного заряда. На границе со скрытым слоем п+-типа концентрация инжектированных дырок резко уменьшается из-за влияния тормозящего поля п-п+ перехода и меньшего времени жизни дырок в скрытом слое. Кроме заряда дырок накапливается избыточный заряд электронов в пассивной базе (на 3.8, г он не показан, так как приведенные здесь распределения концентраций электронов относятся к активной области базы),

где ^ — скорость излучательной рекомбинации в термодинамически равновесном состоянии; бр — избыточная концентрация дырок (электронов) ; nt — собственная .-концентрация носителей; п0 и ро — начальная концентрация неравновесных инжектированных носителей.

Концентрация инжектированных носителей определяется прямым током эмиттерного перехода

Частотные параметры. Так как электрические сигналы могут иметь рашую частоту, то важно знать, как изменяются с частотой параметры транзистора и в первую очередь коэффициент передачи тока (эмиттера или базы), а также коэффициент усиления по мощности. Знание таких зависимостей позволяет определять пригодность транзистора для работы в схемах с сигналами заданной частоты. При изменении частоты сигнала меняется время диффузии инжектированных в базу носителей заряда. Так, если транзистор имеет структуру p-n-типа и если передается сигнал низкой частоты, то период колебаний усиливаемого сигнала значительно больше времени диффузии. В этом случае концентрация инжектированных в базу носителей заряда убывает от эмиттерного перехода к коллекторному.

Прежде чем рассматривать явления в полупроводниковых диодах при больших прямых токах, установим понятия об уровне инжекции. Под уровнем инжекции будем понимать соотношение между концентрацией неосновных носителей и концентрацией основных носителей в состоянии равновесия (или, что почти то же самое, концентрацией примесей). Низким уровнем инжекции будем считать такой, при котором концентрация инжектированных неосновных носителей значительно меньше концентрации основных носителей в состоянии равновесия, т. е. для полупроводника /г-типа

Третье преимущество рассматриваемой модели следует из несимметрии ее перехода. Если концентрация инжектированных

Соответствующее распределение концентрации носителей показано на 4.6, в. В данном случае абсолютное значение градиента концентрации носителей растет по мере приближения к коллекторному переходу. При достаточно сильных электрических полях в базе градиент концентрации носителей вблизи эмиттера становится небольшим, т. е. ток здесь преимущественно дрейфовый. Вблизи коллектора концентрация инжектированных носителей падает, соответственно падает и дрейфовая составляющая тока, но зато растет диффузионная составляющая; поэтому полный ток остается постоянным.

Для частично компенсированного электронного полупроводника при любой температуре концентрация ионизированных примесей

В этом соотношении концентрация ионизированных глубоких доноров jVr+ зависит от времени и определяет временную зависимость емкости. В момент времени / = 0 после подачи обратного напряжения, когда объемный заряд, обусловленный глубокими уровнями, еще равен нулю,

где jV7 — концентрация ионизированных атомов акцепторной примеси; р'= п' — концентрация дырок и равная ей концентрация электронов, возникающих в результате тепловой генерации из валентной зоны.

При повышении температуры концентрация ионизированных атомов акцепторной примеси NT увеличивается, приближаясь к полной концентрации атомов введенной акцепторной примеси Na. Однако концентрация pi в соотношении (2.88) возрастает еще

Рассмотрим теперь температурную зависимость концентрации электронов в примесном полупроводнике и-типа. На 1.5 показаны графики зависимости концентрации электронов от температуры для кремния при различных концентрациях доноров. На них можно выделить три области. При низких температурах (в области 1) средняя энергия фононов мала в сравнении с энергией ионизации доноров (kT<&Eg), поэтому лишь часть доноров ионизирована, а концентрация свободных электронов мала. С ростом температуры в области 1 концентрация электронов увеличивается, так как возрастает концентрация ионизированных доноров. Зависимость концентрации электронов от \/Т экспоненциальная, типа ехр[А?ё/(2^Г)], поэтому в полулогарифмическом масштабе она изображается прямой линией, тангенс угла наклона которой tga пропорционален энергии ионизации доноров. В области 2 средняя энергия фононов соизмерима с энергией ионизации примесей, но еще значительно меньше, чем ширина запрещенной зоны. При температуре 300 К, которая соответствует области 2, средняя энергия фононов 67"=0,026эВ. Поэтому почти все доноры ионизированы, а концентрация собственных электронов HI незначительна. Полное число свободных электронов приблизительно постоянно, а их концентрация равна концентрации доноров n^Ng. Таким образом, в областях 1 и 2 преобладают примесные, основные носители.

где N? — концентрация ионизированных атомов примеси, которая равна разности

где Л/Т — концентрация ионизированных атомов акцепторной при-меои; Pi'—ui —концентрация дырок и равная ей концентрация электронов, возникающих в результате тепловой генерации из валентной зоны.

При повышении температуры концентрация ионизированных атомов акцепторной примеси NT увеличивается, приближаясь к полной концентрации атомов введенной акцепторной примеси N&. Однако концентрация р/ в соотношении (2.20) возрастает еще

Концентрация электронов в зоне проводимости определяется формулой (6.5); концентрация ионизированных доноров Na — пя равна произведению концентрации доноров Nn на вероятность

инжекции носителей в такой полупроводник происходит их захват на ионизированные центры, вследствие чего концентрация ионизированных центров уменьшается. Наряду с изменением степени заполнения примесных центров происходит повышение концентрации свободных носителей, и как следствие, дополнительное экранирование заряда рассеивающих центров. Вследствие этого действие рассеивающих центров ослабляется и подвижность носителей возрастает. Соответственно уменьшается рассеяние на ионизированных центрах и подвижность инжектированных носителей увеличивается с ростом их концентрации в полупроводнике. Отметим, что рассеяние уменьшается для обоих типов носителей — основных и неосновных, т. е. растут ц,„ и цр, а их отношение Ь можно считать постоянным. Поэтому с ростом тока растет не только Lp, но также и а„.

где jVd+—концентрация ионизированных доноров, п,р—концентрации электронов и дырок соответственно. Если <§?F — уровень Ферми, а электроны находятся на донорном уровне, то, с учетом распределения Ферми — Дирака (2.20) концентрация ионизированных доноров имеет вид