Размножение носителей

При превышении напряжения UK3 проб процесс размножения носителей заряда в коллекторном переходе приобретает лавинообразный характер. В режиме лавинного умножения (на 2.18, а отмечена область лавинного пробоя IV) работают лишь специально сконструированные лавинные транзисторы.

нительное число носителей заряда за счет тока управления /уГ. Регулируя значение тока цепи управления, можно изменять уровень напряжения включения, при котором возникает лавинообразный процесс размножения носителей заряда ( 2.24, б).

На 3.19, а показана составляющая туннельного тока /др.ту„ (кривая О АС), которая в точке А достигает максимума вследствие насыщения туннелей. Правее точки А плотность тока в туннелях становится настолько большой, что некоторые электроны выталкиваются (вытесняются) из туннелей и попадают в поле барьера, направленное навстречу внешнему полю, действующему в туннелях. В мощном поле барьера электроны меняют направление, как показано на 3.19, б, и разгоняются до скоростей, достаточных для лавинного размножения носителей зарядов в области, контролируемой полем барьера.

На прямой ветви характеристики туннельного диода ( 3.18, б) следует выделить: точку А, соответствующую максимуму туннельного тока /тах при напряжении t/i — началу падающего участка характеристики; точку В, соответствующую минимуму тока через диод (/min = /дрдун — /лав max) — концу падающего участка характеристики при напряжении U2; точку С, соответствующую прекращению лавинного размножения носителей зарядов при напряжении U3.

Вследствие малой площади перехода снижается допустимая мощность рассеяния. Значение допустимых прямых токов у точечных диодов значительно меньше, чем у плоскостных, и не превышает 10—20 мА. Типичная вольт-амперная характеристика точечного диода показана на 19. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики точечного диода значительно отличается от соответствующей ветви характеристики плоскостного диода. Поскольку площадь перехода мала, то мал и обратный ток /обр. Однако при незначительных увеличениях обратного напряжения обратный ток существенно возрастает за счет тока утечки„ а также повышения температуры перехода. В области характеристики, которая предшествует пробою, заметен эффект размножения носителей за счет ударной ионизации. В области пробоя характеристика имеет участок с отрицательным сопротивлением,, практическое использование которого нецелесообразно. Высокочастотные диоды характеризуются теми же параметрами, что и выпрямительные диоды. Кроме того, высокочастотные диоды

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения иыя. При напряжении С/вкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на 16.45,6). В «-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в ^-области -избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

На участке вг ток возрастает при постоянном напряжении только за счет размножения носителей заряда. На участке гд лавинообразный рост количества заряженных частиц приводит к тому, что увеличение тока сопровождается снижением напряжения на электродах.

Режиму газового усиления соответствует участок бв характеристики. Рост тока по 'мере увеличения напряжения обусловлен здесь процессом размножения носителей в объеме благодаря ионизации атомов газа электронами (и отчасти ионами), когда их энергия оказывается для этого достаточной.

Процесс размножения носителей схематически показан на 1-21, а. Он представлен в предположении, что к моменту начала размножения носителей вблизи катода имеется только один электрон, хотя в действительности от катода уходит п0 электронов, соответствующих току /0, подготовленному предыдущими этапами несамостоятельного разряда. Когда электрон, уходящий от катода, ускоряясь в электрическом поле, приобретает энергию qeU^ достаточную для ионизации атома газа, то при очередном соударении он его ионизирует. При этом возникают по-

При превышении напряжения 1/ЮПр процесс размножения носителей заряда в коллекторном переходе приобретает лавинообразный характер. В режиме лавинного умножения (на 3.21 отмечена область лавинного пробоя Щ работают лишь специально сконструированные лавинные транзисторы.

Напряжение включения Umjl можно уменьшить, если в цепь какой-либо из баз (обычно р2), примыкающих к переходу П2, ввести от внешнего источника Еу дополнительное число носителей заряда за счет тока управления /у (тринисторный режим). Регулируя ток цепи управления, можно изменять уровень напряжения включения, при котором возникает лавинообразный процесс размножения носителей заряда (см. 3.30,б).

открытого и закрытого p-n-переходов. Как видно, эта характеристика является существенно нелинейной. На участке / ЕШ<.ЕЗЛП и прямой ток мал. На участке 2 Ева>Езал, запирающий слой отсутствует, ток определяется только сопротивлением полупроводника. На участке 3 запирающий слой препятствует движению основных носителей, небольшой ток определяется движением неосновных носителей заряда. Излом вольт-амперной характеристики в начале координат обусловлен различными масштабами тока и напряжения при прямом и обратном направлениях напряжения, приложенного к p-n-переходу. И наконец, на участке 4 происходит пробой р-п-пе-рехода и обратный ток быстро возрастает. Это связано с тем, что при движении через p-n-переход под действием электрического поля неосновные носители заряда приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов полупроводника. В переходе начинается лавинообразное размножение носителей заряда — электронов и дырок,— что приводит к резкому увеличению обратного тока через p-n-переход при почти неизменном обратном напряжении. Этот вид электрического пробоя называют лавинным. Обычно он развивается в относительно широких p-n-переходах, которые образуются в слаболегированных полупроводниках.

где /КБО — обратный (тепловой) ток эмиттерного перехода. В поле пространственного заряда коллекторного перехода неравновесные носители, заряда — дырки, подошедшие к коллекторному переходу, экстрагируются его ускоряющим электрическим лолем в область коллектора. В результате возникает процесс ударной ионизации и, как следствие этого, размножение носителей, которое учитывается коэффициентом умножения М в р — n-переходе: М ~

2. Лавинный пробой, при котором большие скорости неосновных носителей зарядов в области перехода вызывают ионизацию нейтральных атомов и связанное с ней лавинообразное размножение носителей заряда, приводящее к увеличению обратного тока через переход. Электрический и лавинный пробои не разрушают электронно-дырочный переход, при уменьшении напряженности поля в переходе эти пробои прекращаются.

дырочном переходе возрастает настолько, что при сравнительно небольшом обратном напряжении, приложенном к полупроводниковому стабилитрону, возникает лавинный пробой перехода и ток через переход начинает резко возрастать при почти неизменном напряжении на стабилитроне. Лавинный пробой не вызывает разрушения электронно-дырочного перехода, так как с уменьшением обратного напряжения прекращается размножение носителей зарядов, и ток через переход уменьшается.

Рассмотрим подробнее вольт-амперную характеристику туннельного диода. Обратная ветвь характеристики прижата к оси ординат ближе, чем в обращенном диоде, так как напряженность поля в переходе туннельного диода настолько велика, что лавинное размножение носителей возможно не только при отрицательном, но даже при неко-

тором положительном напряжении. Поэтому при самых малых отрицательных напряжениях неосновные носители зарядов попадают в поМе перехода и вызывают там лавинное размножение носителей зарядов, которые ускоряются полем барьера и вызывают резкое увеличение обратного тока перехода.

Лавинный ток достигает максимума в точке В при напряжении ?/а (pjjff- 3.18, б), когда эффект «вытеснения» носителей зарядов из туннеля достигает максимума, а лавинное размножение носителей зарядов в поле барьера все еще имеет место. Однако на участке ВС характеристики поле барьера продолжает ослабляться направленным встречно полем внешнего источника э. д. с., поэтому лавинное раз-мрожение носителей зарядов постепенно уменьшается и в точке С характеристики лавинный ток уменьшается до нуля, через диод проходит только туннельный ток. На участке CD характеристики поле барьера оказывается настолько ослабленным, что через него начинается диффузия основных носителей зарядов. Направление диффузион-

Так как темновой ток мал, то отношение тока при освещении к темновому току велико, что очень важно при индикации освещения. Если обратное напряжение превысит некоторое критическое значение, то в р — «-переходе возникает лавинное размножение носителей заряда, которое может вывести из строя фотодиод.. Световая характеристика изображает зависимость тока фотодиода от значения светового потока при постоянном напряжении на приборе: /Д = /(Ф) при t/n=const. Световая характеристика фотодиода линейна в широком диапазоне изменений светового потока ( 24, б). Спектральная характеристика показывает зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего на фотодиод света. Спектральные характеристики

Начальный участок / характеризуется незначительным током утечки /ут перехода Я2. Сопротивление на этом участке весьма велико, так как переход Я2 закрыт внешним источником напряжения. Прибор находится в непроводящем состоянии. По мере увеличения напряжения возрастают ток утечки перехода Я2 и токи эмиттеров. На переходном участке 2 возникает лавинное размножение носителей в коллекторном переходе, рост напря-

Размножение носителей 56

Лавинный пробой выпрямляющего электрического перехода — это пробой, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Лавинное размножение носителей заряда происходит в результате того, что они, проходя через выпрямляющий переход при обратном напряжении, приобретают в сильном электрическом поле на длине свободного пробега дополнительную энергию, достаточную для образования новых электронно-дырочных пар носителей заряда посредством ударной ионизации атомов полупроводника. Процесс ударной ионизации характеризуют коэффициентами ударной ионизации а„ и ар (см. § 1.10), которые в сильной степени зависят от напряженности электрического поля. Поэтому коэффициенты ударной ионизации для электронов и дырок обычно считают равными.