Носителей концентрация

Величины /э и /к зависят от градиента концентрации дырок на границе области базы. Рассмотрим закон распределения носителей, инжектированных эмиттером в базу.

Таким образом, распределение носителей рп, инжектированных эмиттером в базу, изменяется по линейному закону ( 6.4, а). Следует отметить, что реальное распределение носителей несколько отличается от линейного закона, что объясняется процессом рекомбинации некоторого числа дырок с электронами. На 6.4 индексом «О» обозначены равновесные концентрации носителей. Распределение носителей пр в области эмиттера аналогично их распределению в диоде при прямом включении, а распределение в области кол-

В области малых токов прямые ветви ВАХ удобнее сравнивать по величине /пр при одинаковом для всех схем прямом напряжении. Для определения значения прямого тока нужно выяснить, через какой р-п переход (или переходы) он протекает и из каких составляющих складывается. Воспользуемся моделью дискретного транзистора [3], приведенной на 3.16, на которой указаны токи эмиттерного и коллекторного переходов и внешние токи эмиттера, базы, коллектора. Здесь «д, — нормальный, а/ — инверсный коэффициенты передачи тока, резисторы г'б и /^ учитывают сопротивления базы и коллектора. Как видно из 3.16, через каждый р-п переход транзистора может протекать ток инжекции носителей, обусловленный прямым смещением перехода (токи /t и /g), и встречный ток, связанный с коллектированием этим переходом носителей, инжектированных через соседний р-п переход (токи aN/l, а;/г). Проте-

движению инжектированных носителей заряда через базу. Действие такого поля эквивалентно росту Dp (см. § 3.15), что приводит к уменьшению первого и второго слагаемых в формуле (4.41).

Одновременно при повышении уровня инжекции начинает расти концентрация носителей в базе, что ведет к росту тока носителей, инжектированных из базы в эмиттер. В формуле (4,46) вместо N в третьем слагаемом следовало бы взять Л' -4- р„. Соответственно уменьшится й21Э.

сопротивлении коллекторной области, которое способствует движению неосновных носителей коллекторной области к коллекторному переходу. В результате при увеличении тока эмиттера ток коллектора возрастает не только из-за прохождения через коллекторный переход носителей, инжектированных эмиттером, но и из-за экстракции неосновных носителей заряда из более удаленных частей коллекторной области.

Плотности диффузионных потоков неосновных носителей, инжектированных в р- и n-областях полупроводника через переход, зависят согласно (9-100) и (9-102) от градиентов концентраций, которые в нашем случае определяются соотношениями (10-26) и (10-27). Рассмотрим основные величины, определяющие инжек-цию неосновных носителей и их дальнейшее движение.

Коэффициенты передачи тока. С учетом понятия обратного тока коллектора ток /к для активного режима работы следует представить как сумму двух составляющих: тока /ИБО и части эмиттерного тока, который определяется потоком носителей, инжектированных в базу и дошедших (за вычетом рекомбиниро-вавших в базе) до коллекторного перехода.

Из (2.7), (2.8) и (1.3) следует Дрп/Дир=р„0/пРо = =ppo/nno~Na/Ng. Для несимметричного р+-п-перехода при Na^Ns получаем Дрп>Дпр, т. е. концентрация дырок, инжектированных из сильнолегированной р+-области (эмиттера) в слаболегированную n-область (базу), значительно больше концентрации электронов, инжектированных в противоположном направлении. Таким образом, для несимметричного перехода характерна односторонняя инжекция из эмиттера в базу. Коэффициентом инжекции называют отношение тока носителей, инжектированных в базу, к полному току. Например, для р^-п-перехода y=Jp/I, где /== =/Р+/П — полный ток; 1р, 1„ — токи инжекции дырок и электронов. Для несимметричного перехода при увеличении N'alNg у-М.

— это отношение концентрации инжектированных неосновных носителей к равновесной концентрации основных носителей к базе. Низким называется уровень инжекции, когда 6
Плотности диффузионных потоков неосновных носителей, инжектированных в р- и n-областях полупроводника через переход, зависят согласно (9-100) и (9-102) от градиентов концентраций, которые в нашем случае определяются соотношениями (10-26) и (10-27). Рассмотрим основные величины, определяющие инжек-цию неосновных носителей и их дальнейшее движение.

Решение. Предположим, Что Ширина базы МнбГО меньше диффузионной длины электронов (неосновных носителей), концентрация акцепторных примесей в базе значительно ниже концентрации донорных примесей в эмиттере и коллекторе, в базовой области отсутствует рекомбинация носителей, т. е. распределение электронов в базе линейное, концентрация неосновных носителей на коллекторном переходе равна нулю.

Как видно из формулы (16.10), при увеличении прямого напряжения ток может возрасти до больших значений, так как он обусловлен движением основных носителей, концентрация которых в обеих областях полупроводника велика.

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

В примесных полупроводниках наряду с примесной электропроводностью существует и собственная, обусловленная наличием неосновных носителей. Концентрация неосновных носителей в примесном полу-

Пусть в момент /==0 ( 5.48) на фотодиод подан прямоугольный световой импульс. В n-области прибора начинается генерация неравновесных носителей, концентрация которых будет увеличиваться во времени. Соответственно будет увеличиваться дырочный ток через р-п переход и р-об-ласть диода будет заряжаться положительно по отношению к n-области. С ростом концентрации избыточных носителей будет увеличиваться скорость их рекомбинации. При некотором значении концентрации рекомбинация носителей и генерация носителей будут уравновешивать друг друга, а фото-ЭДС достигнет установившегося значения. После окончания светового импульса избыточные носители в «-области рекомбинируют, концентрация их уменьшается и уменьшается ток /ф через р-п переход. Будет уменьшаться и фото-ЭДС. Таким образом, процесс изменения фото-ЭДС и фототока в фотогальваническом режиме определяется генерацией и рекомбинацией (накоплением и рассасыванием) избыточных носителей, скорость которых характеризуется постоянной времени жизни тр, т. е. нарастание фототока происходит по закону

В отличие от концентрации основных носителей концентрация неосновных носителей в области 2 резко увеличивается с ростом температуры. Действительно, в соответствии с (1.3) равновесная концентрация неосновных носителей — дырок в электронном полупроводнике pno=n-f/nno, где п„0 — равновесная концентрация электронов в электронном полупроводнике. Поскольку в области 2 имеем Пп0=Ме, то

По мере увеличен! я внешнего прямого напряжения прямой ток через переход может возрасти до весьма больших значений, так как он обусловлен главным образом движением основных носителей, концентрация которых в обеих областях велика.

Электропроводность твердых кристаллических тел изменяется при деформации вследствие увеличения или уменьшения (растяжение, сжатие) межатомных расстояний, приводящих к изменению концентрации и подвижности носителей. Концентрация носителей заряда может стать меньше или больше вследствие изменения ширины энергетических зон кристалла и смещения примесных уровней, что в свою очередь изменяет энергию активации носителей и изменяет их эффективные массы, входящие в выражения концентрации носителей заряда. Подвижность носителей заряда меняется из-за уменьшения (увеличения) амплитуды колебания атомов при их сближении (удалении). Для металлов основным является изменение подвижности, а для полупроводников изменение концентрации носителей заряда, определяемое энергией активации. Ширина запрещенной зоны может как увеличиваться, так и уменьшаться при сближении атомов, и у разных полупроводников одна и та же деформация может вызывать как увеличение, так и уменьшение удельной проводимости.

В примесных полупроводниках наряду с примесной электропроводностью существует и собственная, обусловленная наличием неосновных носителей. Концентрация неосновных носителей в примесном полупроводнике уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается концентрация основных носителей, поэтому для полупроводников n-типа справедливо соотношение ппрп = nipi = п~ = р] , а для полупроводников р-типа - соотношение пррр = и: = pf , где пп,рп - концентрация основных, a np,Pj, - концентрация неосновных носителей заряда соответственно в полупроводнике п и р-типа.

Удельная электрическая проводимость примесного полупроводника определяется концентрацией основных носителей и тем выше, чем больше их концентрация. На практике часто встречается случай, когда полупроводник содержит и донорные, и акцепторные примеси. Тогда тип электропроводности будет определяться примесью, концентрация которой выше. Полупроводник, у которого концентрации доноров Л^ и акцепторов Л^ равны, называют скомпенсированным.