Внутреннего электрода

Характерное назначение серебряно-цинковых АБ -эксплуатация в условиях кратковременных режимов разряда большими токами. Поэтому в их конструкции приняты меры для снижения примерно до 10 ~2 Ом внутреннего электрического сопротивления (например, плотное прилегание электродов с сепараторами друг к другу).

новения внутреннего электрического поля в полупроводнике

провождается возникновением внутреннего электрического поля напряженностью Ех и дрейфового тока, направленного противоположно диффузионному. При достижении равновесного состояния диффузионный и дрейфовый токи уравниваются:

2.18. Образование областей объемных зарядов и внутреннего электрического поЛя в р-п-переходе

Когда при температуре диффузии концентрация примеси превосходит концентрацию собственных носителей заряда, на коэффициент диффузии сказывается влияние внутреннего электрического поля. Так, в кремнии коэффициент диффузии приблизительно удваивается при концентрациях легирующей приме СИ, превышающих 1025 м~3.

Энергетическая диаграмма электронно-дырочного перехода представлена на 1,5, г. Вдали от границы двух областей электрическое поле отсутствует. Поэтому энергетические зоны в этих областях изображены горизонтальными. Так как напряженность внутреннего электрического поля ESH в р — п-переходе направлена от электронного полупроводника к дырочному, на диаграмме соответствующие энергетические зоны для п-области должны быть ниже, чем для р-области.

В случае неравномерного распределения примесей диффузия носителей заряда приводит к нарушению электрической нейтральности отдельных областей полупроводника и появлению внутреннего электрического поля. Рассмотрим это на примере полупроводника n-типа с неравномерным распределением доноров. В интервале рабочих температур, соответствующих полной ионизации доноров (n = Ng), электроны также распределены неравномерно, что вызывает их диффузию, направленную в сторону области с меньшей концентрацией. В области с повышенной концентрацией доноров вследствие ухода части электронов появляется нескомпенсированный положительный объемный заряд ионов доноров, а в области с пониженной концентрацией доноров — отрицательный заряд электронов. Поэтому возникает внутреннее электрическое поле, препятствующее

— напряженность внутреннего электрического поля.

Напряженность внутреннего поля увеличивается с ростом градиента коцентрации доноров и температуры. При изготовлении полупроводниковых приборов широко пользуются методом диффузии примесей в полупроводник. При этом создается неравномерное распределение примесей, которое приближенно может быть представлено функцией вида Ng(x) =ЛГ?(0)ехр( — х/1я), где Nt(0) — концентрация доноров на поверхности; х — расстояние, отсчитываемое от поверхности в глубь полупроводника; La — средняя длина диффузии примесных атомов (расстояние, на котором концентрация примесей уменьшается в е раз). Используя это распределение, по (1.13) находим, что 6=фтД-д- Следовательно, при экспоненциальном распределении примесей напряженность внутреннего электрического поля в равновесии постоянна (не зависит от координаты). Например, при ^д = 0,1 мкм для комнатной температуры (§=2600 В/см.

Равновесие соответствует нулевому внешнему напряжению на переходе. Поскольку концентрация электронов в n-области значительно больше, чем в р-области, часть электронов диффундирует из n-области в р-область. При этом в р-области окажутся избыточные электроны, большая часть из которых находится вблизи металлургической границы. Электроны будут рекомбинировать с дырками. Соответственно концентрация дырок будет уменьшаться и обнажатся нескомпенсированные отрицательные заряды акцепторных ионов. С другой стороны, от металлургической границы (в n-области) из-за ухода электронов обнажатся нескомпенсированные положительные заряды донорных ионов. Аналогичные рассуждения можно провести для дырок, которые диффундируют из р-области в /ьобласть. Вблизи металлургической границы по обе стороны ее образуется слой с пониженной концентрацией подвижных носителей — обедненный слой. Существующие в нем объемные заряды ионов примесей и связанное с ними электрическое поле препятствуют диффузии носителей и обеспечивают состояние равновесия, при котором ток через переход равен нулю, т.е. напряженность внутреннего электрического поля нарастает до тех пор, пока вызванное им дрейфовое движение носителей не уравновесит встречное диффузионное движение, обусловленное градиентами концентрации электронов и дырок. Электрическое поле обусловливает внутреннюю (контактную) разность потенциалов ср0 между п- и р-областями, т. е. потенциальный барьер.

вательно, обедненный слой в основном сосредоточен ъ5-ю'5 базе — области с меньшей концентрацией примеси. 0 Рассмотрим кремниевый р- -о, n-переход, числовые значения параметров которого даны в приложении 2.1. На 2.2,6 показаны распределения концентраций дырок и электронов. Во всем обедненном слое они очень малы. На 2.2,6 в линейном масштабе концентрации воспринимаются равными нулю. Таким образом, область p-n-перехода обеднена свободными носителями и содержит равные по абсолютному значению положительный и отрицательный заряды нескомпенсированных ионов примесей. В ней существует внутреннее электрическое поле и потенциальный барьер. Удельное сопротивление обедненной области на много порядков выше, чем соседних нейтральных областей (базы и эмиттера)^ Переход в состоянии равновесия характеризуется высотой потенциального барьера ф0, толщиной обедненного слоя L0r, и максимальной напряженностью внутреннего электрического ПОЛЯ <§макс.

Для определения ?пр материалов на трубчатых образцах длина наружного электрода L должна составлять 10; 25 или 50 мм. Этот электрод выполняется из металлической трубки или в виде металлической пленки, осаждаемой шоопированием, распылением или вжиганием, допустимо использовать и суспензию графита в лаке. Внутренний электрод должен быть длиннее наружного. Для внутреннего электрода могут быть использованы прямой стержень или плотно вставленный в трубку провод, а также алюминиевая фольга.

5-2. Зависимость 50%-ного импульсного разрядного напряжения по поверхности опорного изолятора от длины ( внутреннего электрода (данные Г. А. Лебедева — ВЭИ).

Например, в случае электродов в виде соосных цилиндров (одножильный кабель, проходной изолятор) и одинаковой по толщине однородной изоляции температуре электрическое поле при постоянном напряжении тчно такое же, как и при переменном напряжении, и наибольшая напряженность имеет место у внутреннего электрода. Если же по внутреннему электроду проходит ток и выделяющееся при этом тепло отводится через изоляцию, то температура в разных точках изоляции оказывается неодинаковой. Вблизи внутреннего электрода, где температура наибольшая, удельное объемное сопротивление получается наименьшим, и это приводит к снижению напряженности в этой области. Напротив, вблизи наружного электрода поле усиливается. При некотором перепаде температур в изоляции, т. е. при определенном токе во внутреннем электроде, напряженность у поверхности наружного электрода становится даже более высокой, чем у внутреннего электрода.

для соосных цилиндров — объем между внутренним электродом и цилиндрической поверхностью с радиусом гви/0,9, где гвн — радиус внутреннего электрода, и т. д.

В этом случае при появлении ионизированной зоны воздуха вокруг внутреннего цилиндра максимальная напряженность может стать равной минимально необходимой для ударной ионизации и не будет распространяться дальше по направлению к внешнему цилиндру: будет ограниченная зона ионизированного воздуха — так называемая корона, являющаяся формой неполного пробоя газа. В случае, когда с увеличением радиуса внутреннего электрода максимальная напряженность возрастает, ионизация, начавшаяся на поверхности внутреннего электрода, распространится сразу до внешнего электрода; произойдет полный искровой пробой без явления короны.

К такому же выводу можно прийти, если «вывернув объем», охваченный поверхностью S2, написать уравнение Гаусса для заряда, расположенного на внутренней поверхности внешнего электрода. Как показывает опыт, на внутренней поверхности внешнего электрода, примыкающей к наружной поверхности диэлектрика, сосредоточен заряд отрицательного знака, равный по значению заряду внутреннего электрода. Для этого заряда, принимая во внимание, что поток индукции направлен к отрицательному заряду,

20.9р. Радиус внутреннего электрода сферического конденсатора ^i = 2 см, радиус внешнего электрода R2 = 5 см. Удельная проводимость диэлектрика 7=Ю~10 См/м. К электродам конденсатора приложено постоянное напряжение U = 3000 В.

20.10. Радиус внешнего электрода сферического конденсатора /?2= Ю см. Из условия плотность тока утечки на поверхности внутреннего электрода должна быть наименьшей при неизменном приложенном напряжении и проводимости среды, определить радиус внутреннего электрода Rt. Найти проводимость утечки через несовершенную изоляцию конденсатора, если удельная проводимость изоляции 7 = 5- Ю40 См/м.

Найти комплексы модулей векторов напряженности электрического поля, смещения и поляризации у поверхности внутреннего электрода на заданной частоте и при со = О (U ~ 200 В).

20.9р. Радиус внутреннего электрода сферического конденсатора ^i = 2 см, радиус внешнего электрода R2 = 5 см. Удельная проводимость диэлектрика 7=Ю~10 См/м. К электродам конденсатора приложено постоянное напряжение U = 3000 В.

20.10. Радиус внешнего электрода сферического конденсатора /?2= Ю см. Из условия плотность тока утечки на поверхности внутреннего электрода должна быть наименьшей при неизменном приложенном напряжении и проводимости среды, определить радиус внутреннего электрода Rt. Найти проводимость утечки через несовершенную изоляцию конденсатора, если удельная проводимость изоляции 7 = 5- Ю40 См/м.