Процессами накопления

где Дц Д2 — изменения количества носителей, определяемые соответственно процессами генерации и рекомбинации; Дз—изменение количества носителей, определяемое их диффузией и дрейфом.

Появление тока термогенерации /тр связано с процессами генерации и рекомбинации, подробно рассмотренными в §4.1. В равновесном состоянии этот ток компенсируется равным по величине током рекомбинации /рек, а в неравновесном состоянии это равенство нарушается. Если приложено обратное напряжение, ток рекомбинации практически равен нулю, так как при увеличении потенциального барьера проникновение носителей в область перехода и их последующая рекомбинация затруднены. Составляющая /тг складывается с тепловым током /0, увеличивая значение обратного тока. С ростом обратного напряжения увеличивается ширина перехода, что способствует росту генерации носителей внутри перехода и соответственно увеличению тока /тг. Величина тока термогенерации зависит от типа полупроводника. Например, для германия /тг//0 = 0,1; для кремния /Т1//0 = 1000. На основании этих выкладок можно сделать вывод, что обратный ток в германиевых р — «-переходах обусловлен в основном тепловым током, а в кремниевых р — п-переходах — током термогенерации.

Оно вызывается протекающими в слое процессами генерации и рекомбинации, а также диффузией и дрейфом носителей заряда. В результате генерации за время dt в слое объемом dx ионизирующий фактор создает g dx dt электронов, где g — скорость генерации электронов.

Подвижность носителей заряда и коэффициент диффузии. Рассмотрим особенности диффузии и дрейфа неравновесных носителей заряда в условиях квазиэлектроней-тральности, когда Дп«Др. Изменение концентрации носителей заряда во времени, обусловленное протеканием электрического тока и процессами генерации и рекомбинации, записывают в виде уравнений непрерывности:

В ряде случаев концентрация свободных носителей заряда может достигать очень больших значений. Это обычно может происходить, например, при воздействии ионизирующих излучений: рентгеновских и гамма-лучей, потоков нейтронов и т.п. Заряженные ионы, так же.как и окружающие их не имеющие электрического заряда молекулы газа, совершают беспорядочные тепловые движения, и вследствие диффузии происходит выравнивание концентрации ионов в газе. При встрече положительных и отрицательных ионов происходит их рекомбинация. В стационарном случае, когда число ионов не изменяется с течением времени, между процессами генерации и рекомбинации заряженных частиц устанавливается динамическое равновесие.

Избыточные низкочастотные шумы транзисторов обусловлены процессами генерации и рекомбинации носителей, а также зависят от состояния поверхности полупроводника. В электронных лампах такие шумы возникают из-за неравномерного испускания электронов катодом на низких частотах — эффекта мерцания катода (так называемого фликкер-эффекта).

После окончания освещения образца электроны переходят на более низкие энергетические уровни — примесные или в валентную зону. При непрерывном освещении полупроводника устанавливается динамическое равновесие между образующимися дополнительными (неравновесными) носителями и уходящими на нижние уровни, т. е. устанавливается динамическое равновесие между процессами генерации носителей заряда и рекомбинацией их.

Ток рекомбинации. При прямом напряжении, когда потенциальный барьер на переходе уменьшается, числа носителей заряда, проникающих в запирающий слой, и время их пребывания в этой области увеличиваются, процессы рекомбинации преобладают над процессами генерации и ток рекомбинации Ir > I g,

определяемый процессами генерации носителей в коллекторе, базе и коллекторном переходе, представляет собой не управляемую процессами в эмиттерном переходе часть коллекторного тока1. Ток /КБО играет важную роль в работе транзистора В активном режиме, когда коллекторный переход находится под обратным напряжением.

Соответственно обратный ток эмиттера /ЭБО представляет собой составляющую эмиттерного тока, значение которого определяется процессами генерации носителей в эмиттере, базе и в области эмиттерного перехода. Этот ток имеет важное значение при работе транзистора в инверсном режиме (эмиттерный переход включен в обратном направлении).

При обратном напряжении на р-п переходе ОПЗ обеднена носителями заряда и равновесие между процессами генерации и рекомбинации нарушено в пользу генерации носителей заряда. Генерация носителей заряда происходит через ловушки, имеющие энергетические уровни вблизи середины запрещенной зоны. Допустим, что тепловое возбуждение привело к забросу электрона из валентной зоны на уровень ловушки, при этом дырка, возникшая в валентной зоне, перенесется электрическим полем ОПЗ в р-об-ласть. Электрон, локализованный на ловушке, вернуться в валентную зону не может, так как там нет дырок, с которыми он может рекомбинировать. Поэтому электрон за счет теплового возбуждения может перейти только в зону проводимости. Электрон, появившийся в зоне проводимости, перенесется против направления электрического поля в «-область. В результате генерации пар электрон — дырка образуется обратный ток генерации носителей заряда в ОПЗ р-п перехода /~G, который пропорционален объему

Время переключения ключей на биполярных транзисторах определяется барьерными емкостями р-и-переходов и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе.

При подаче на диод импульса тока ( 2.29, д) напряжение на переходе будет изменяться, как показано на 2.29, е. В начальный момент (t = 0) падение напряжения на переходе будет наибольшим. Напряжение на переходе спадает во времени, достигая при / = туст стационарного значения. Величина туст называется временем установления прямого сопротивления. Снижение падения напряжения на переходе ( 2.29, е) связано с тем, что по мере прохождения прямого тока повышается концентрация носителей заряда в переходе и в результате снижается падение напряжения на нем. После отключения импульса тока напряжение на переходе будет спадать во времени ( 2.29/, е). Длительность спада среза импульса напряжения определяется длительностью процессов рассасывания неравновесных носителей заряда. Нетрудно видеть, что переходные процессы в диодах определяют их быстродействие, являющееся важнейшим параметром приборов, используемых в импульсных и цифровых схемах. Для повышения быстродействия диодов необходимо уменьшить параметры твос и туст, которые определяются процессами накопления и рассасывания инжектированных носителей заряда. Поэтому для увеличения быстродействия в первую очередь необходимо уменьшать время жизни неосновных носителей заряда и диффузионную емкость /?-/г-перехода. Значение твос можно снизить, уменьшая толщину базы диода.

Быстродействие всех рассмотренных ранее логических элементов ограничено временными задержками, которые вызваны процессами накопления неосновных носителей в базах транзисторов, работающих в режиме насыщения. Существенно большее быстродействие имеют цифровые схемы транзисторной логики с эмиттерными связями (ТЛЭС), в которых транзисторы при работе не входя? и насыщение. Элементы ТЛЭС работают по прин-пипу переключения токов' при малых изменениях входных напряжений. Вследствие этого элементы ТЛЭС часто носят название логических схем с переключателями тока.

В одних HP инерционность вызвана тепловыми процессами, в других — процессами накопления энергии в электрическом и (или) магнитном полях, в третьих — процессами ионизации и деиониза-ции (которые также протекают не мгновенно), в четвертых — инерционностью процессов диффузии носителей тока и емкостью, обусловленной объемными зарядами. Но чаще всего инерционность есть следствие нескольких взаимно связанных друг с другом процессов.

Быстродействие всех рассмотренных ранее логических элементов ограничено временными задержками, которые вызваны процессами накопления неосновных носителей в базах транзисторов, работающих в режиме насыщения. Существенно большее быстродействие имеют цифровые схемы транзисторной логики с эмиттерными связями (ТЛЭС), в которых транзисторы при работе не входя? а насыщение. Элементы ТЛЭС работают по принципу переключения токов при малых изменениях входных напряжений. Вследствие этого элементы ТЛЭС часто носят название логических схем с переключателями тока.

1) задержка распространения сигнала, характеризующая быстродействие схемы и представляющая собой среднее время задержки выходного сигнала относительно сигнала на входе. Основными факторами, определяющими задержку распространения сигнала через схему, являются емкости переходов транзисторов и диодов, паразитные емкости, а также инерционность процесса переключения диодов и транзисторов, обусловленная процессами накопления и рассасывания заряда в их структурах;

Частотные свойства выпрямительных плоскостных диодов с выпрямляющим переходом в виде p-n-перехода, работающих обычно при большом уровне инжекции, определяются процессами накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе (см. § 3.18). Поэтому для улучшения частотных свойств кремниевых плоскостных диодов и исходные кристаллы кремния про-

Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения излучения при подаче прямоугольного импульса прямого тока ( 5.23). Время переключения ^пер складывается из времени включения tSKn и выключения 1ЪЫКЛ излучения. Инерционность излучающего диода определяется процессом перезаряда барьерной емкости и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей в активной области диода. Для светоизлучающих

В одних НС инерционность вызвана тепловыми процессами, в других — процессами накопления энергии в электрическом и (или) магнитном полях, в-третьих — процессами ионизации и деионизации (которые также протекают не мгновенно), в-четвертых — инерционностью процессов диффузии носителей тока и емкостью, обусловленной объемными зарядами. Но чаще всего инерционность есть следствие нескольких взаимно связанных друг с другом процессов.

В одних НС инерционность вызвана тепловыми процессами, в других—процессами накопления энергии в электрическом и (или) магнитном полях, в третьих—процессами ионизации и деиониза-ции (которые также протекают не мгновенно), в четвертых—инерционностью процессов диффузии носителей тока и емкостью, обусловленной объемными зарядами. Но чаще всего инерционность есть следствие нескольких взаимно связанных друг с другом процессов.

Время TBOCCT определяется: процессами накопления и рассасывания избыточных носителей в различных областях диода при протекании обратного тока и зависит от схемы включения и способа изоляции. Наименьшее значение TBOCCT имеет диод, включенный по схеме /, наибольшее — диоды по схемам 3, 4 и 5. Диоды, включенные по схеме 1, используются как быстродействующие. Для получения диодов с большими пробивными напряжениями их включают по схемам 2 и 5. Диоды, включенные по схемам 5 и 4, используются как накопительные.