Носителей вследствие

В предыдущем параграфе было показано, что через равновесный р—«-переход протекают токи, образованные потоками основных и неосновных носителей. Рассмотрим более подробно, из каких компонентов складываются эти потоки. На 8.13, а схематично .представлены потоки электронов через р—«-переход. Из р-области течет поток электронов /, появившихся в этой области вследствие тепловой генерации и продиффундировавших до области объемного заряда. Навстречу ему идет равный по величине поток электронов .3, которые рекомбинируют в р-области. Кроме того, р—«-переход пересекает поток электронов 4, идущий из «-области и вновь возвращающийся в эту область в виде потока 2, возникающего вследствие того, что электроны, испытав в р-области ряд столкновении, случайно попадают в поле объемного заряда и выталкиваются им IB «-область.

ласти устанавливаются градиенты концентрации носителей. Рассмотрим эти процессы по отношению к электронам.

Статистика носителей. Рассмотрим энергетическое распределение носителей в полупроводнике статистическим методом. Пусть An— концентрация электронов, обладающих энергией в некотором малом диапазоне А<§. Тогда An можно представить в виде произведения плотности состояний N (&) (количества электронов в единице объема на единицу приобретенной энергии) на некоторую функцию распределения f(cF):

движных носителей. Вследствие этого истинная поверхностная концентрация выше той, которую можно обнаружить путем измерения дифференциальной электропроводности диффузионного слоя (ом. далее). Соответственно, истинное значение коэффициента диффузии выше рассчитанного из выражения (1.3) при истинном измеренном значении глубины залегания перехода.

На первом этапе переходного процесса (этапе рассасывания), длительность которого обозначается /рас, под воздействием управляющего сигнала в базах тиристора происходит уменьшение концентраций носителей, вследствие чего сопротивление баз и падение напряжения на структуре увеличивается. На 3.72 этому этапу соответствует некоторое снижение анодного тока; поскольку в реальных условиях изменяющееся во времени падение напряжения на приборе много меньше напряжения питания ?а, указанное изменение анодного тока незначительно.

где ТБ — эффективная постоянная времени жизни носителей в базе, учитывающая убыль основных носителей вследствие рекомбинации и уход их через эмиттерные переходы при коэффициентах инжекции переходов, не равных единице; (Б(0 — полный ток, поступающий в базу.

При очень низких температурах, обычно выходящих за рабочий диапазон полупровод-пиковых приборов, проводимость понижается с уменьшением температуры (на 1.14 эта область температур не показана), что обусловлено снижением подвижности из-за влияния примесного рассеяния и уменьшением концентрации носителей вследствие неполной ионизации примесей.

С ростом температуры время жизни увеличивается. Основной причиной этого является уменьшение вероятности захвата ловушками неосновных носителей вследствие увеличения тепловой скорости последних. С ростом концентрации примесей время жизни уменьшается из-за роста числа дефектов структуры, являющихся центрами рекомбинации. Кроме того, при большой концентрации примесей и, следовательно, основных носителей возрастает вероятность Оже-рекомбинации. Поэтому в сильно легированных полупроводниках время жизни мало.

процесс разделяют на стадию высокой обратной проводимости (интервал длительностью t\) и стадию восстановления обратного сопротивления (интервал ?(3)<^<^(4) длительностью t2). На первой стадии напряжение на переходе сохраняется прямым, так как в базе у границы перехода существует избыточная концентрация неосновных носителей [см. (2.7), [(2.8), если эти формулы разрешить относительно напряжения]. Обратный ток при ?/r2>t/np постоянен и имеет большое значение /0бр.макс=?Л-2/#, соответственно велика обратная проводимость. Происходит удаление (рассасывание) накопленных в базе неосновных носителей вследствие перехода их в эмиттер и рекомбинации. На 2.21 показаны распределения концентраций дырок в базе (при WB"^>LP) в различные моменты времени (до и после смены направления тока с прямого на обратное). Исходное распределение (момент t 3 /(2)) соответствует статическому режиму при протекании постоянного прямого тока (см. 2.7,6). Для следующих моментов времени вследствие изменения направления тока ( 2.20, д) (dpn/dx)\x==0< <0. В момент времени №\ когда на границе базы р„(0) = =Рпо ( 2.21) и С/=0 ( 2.20, в), заканчивается первая стадия. В течение первой стадии из базы удаляется большая часть избыточного заряда неосновных носителей. Этот процесс описывается уравнением заряда вида (1.30), где в левую часть надо подставлять заряд QB и эффективное время жизни (ТБ) неосновных носителей в базе (электронов или дырок для базы соответственно р- или и-типа), а в правую — отрицательный ток — /обр.макс. Учитывая, что накопленный заряд (до момента /(2)) в соответствии с (1.31) равен /ПРТБ, и полагая QB^(3))«0, из решения уравнения заряда (см. § 1.7) получаем приближенную длительность первой стадии (время рассасывания)

движных носителей. Вследствие этого истинная поверхностная концентрация выше той, которую можно обнаружить путем измерения дифференциальной электропроводности диффузионного слоя (ом. далее). Соответственно, истинное значение коэффициента диффузии выше рассчитанного из выражения (1.3) при истинном измеренном значении глубины залегания перехода.

концентрации носителей вследствие пере- Д нл*______ш

•Откладывая по оси абсцисс 1/Т, а по оси ординат In оп, получаем прямую, образующую с осью ординат угол ап, по величине которого можно определить энергию ионизации примеси ?я. Таким образом, участок ab отвечает примесной проводимости полупроводника, возникающей вследствие ионизации примесных атомов, приводящей к появлению «примесных» носителей заряда.

Область be простирается от температуры истощения примеси Ts .до температуры перехода к собственной проводимости Т,-. В этой •области все примесные атомы ионизированы, но .еще не происходит заметного возбуждения собственных носителей, вследствие чего концентрация носителей сохраняется приблизительно постоянной и равной концентрации примеси: п = Nn. Поэтому температурная зависимость проводимости полупроводника в этой области определяется температурной зависимостью подвижности носителей. ЕСЛ.И

где га0 — начальная концентрация избыточных носителей у границы раздела. Отсюда видно, что т есть такое время, через которое концентрация неосновных носителей вследствие рекомбинации уменьшается в е = 2,7\ раза. Расстояние, на которое перемещаются вследствие диффузии инжектированные носители за время жизни т, называется длиной диффузионного смещения (LD). Укажем для.примера, что в очень чистом германии т имеет порядок 1000 мксек (10~3 сек.), a LD превышает 1 мм. При наличии примесей (или иных несовершенств решетки) т и LD уменьшаются.