• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Генерація і рекомбінація носіїв в області об’ємного заряду

Область об’ємного заряду в більшості випадків менша дифузійної довжини. Процеси генерації і рекомбінації в цій області проходять більш інтенсивно, ніж в однорідному напівпровіднику. Туму складові струму напівпровідникового діода за рахунок генерації і рекомбінації носіїв в області об’ємного заряду можуть бути значними.

Для кількісного визначення струму, обумовленого генерацією і рекомбіна-цією носіїв. Скористаємося відношенням для числа пар носіїв, які генеруються (рекомбінують) за одиницю часу в одиниці об’єму напівпровідника, якщо обмін електронами між зонами проходить через рекомбінаційні пастки одного типу:

. (1.73)

Тут р₁, n₁ – концентрації носіїв в зонах, коли рівень Фермі проходить через рі-вень пасток; τ_n0, τ_р0 – часи життя неосновних носіїв в досить сильному напів-провіднику.

Проведемо розрахунок для двох випадків – зворотної і прямої напруги на переході. Приймемо, що рівні пасток знаходяться по середині забороненої зони, тобто n₁=р₁=n_і.

Зворотна напруга.При зворотних напругах на переході всі носії заряду виносяться із нього електричним полем. Тому можна вважати, що р=0 і n=0.
Тоді

. (1.74)

Отримана величина позитивна; це означає, що в області об’ємного заряду йде процес генерації носіїв. Крім того, таке значення більше, ніж може бути в одному матеріалі. Дійсно, мінімальне значення концентрації носіїв в напівпровіднику рівне нулю. Тоді для однорідного напівпровідника при р=0 і n=n_n0

. (1.75)

Так як концентрація неосновних носіїв завжди помітно менша власної концентрації, значення для області об’ємного заряду (1.74) набагато більше, ніж для однорідного напівпровідника (1.75). Фізично це пояснюється тим, що в однорідному напівпровіднику генерація носіїв в значній мірі зрівноважується їх рекомбінацією, в той час як в області об’ємного заряду обидва носії із утвореної пари одразу розділяються і ймовірність наступної рекомбінації дуже мала.

Генераційний струм через електронно-дірковий перехід визначається числом носіїв, які пройшли за одиницю часу його границю, або числом утворених пар. Значення густини генераційного струму

. (1.76)

Можна співставити отримане значення генераційного струму із розрахо-ваним раніш дифузійним струмом. Порівняємо несиметричні діоди з товстою базою n-типу. В цьому випадку

; (1.77)

чи

, (1.78)

де N – концентрація домішок в базі.

Припустивши, що τ_р0=τ_n0=τ_p, отримаємо

. (1.79)

Таким чином, частина генераційного струму обернено пропорційна власній концентрації. Звідси випливає, що процеси генерації в області об’ємного заряду більш суттєві для діодів, виготовлених із напівпровідників з більшою шириною забороненої зони, тому що для них n_і менше. Так, для германієвих діодів генераційний струм при кімнатній температурі порядку 0.1 від дифузійного, а для кремнієвих діодів, хоча генераційний струм менший, він може перевищувати І_нас на 2 – 3 порядки.

Співвідношення між генераційним і дифузійним струмами змінюється також при зміні температури – з підвищенням температури обидва струми зростають, але дифузійний струм росте швидше (як ), а генераційний тільки як . Тобто, з підвищенням температури відносна роль генераційного струму падає.

Пряма напруга. При прямих напругах носії заряду входять в область об’ємного заряду електронно-діркового переходу і там може проходити їх рекомбінація. Кількість носіїв в різних точках переходу різна, тому і швидкість рекомбінації залежить від координати. Це створює труднощі при розрахунку рекомбінаційного струму. Для спрощення припустимо, що електронно-дірковий перехід строго симетричний. Тоді в центрі переходу концентрації носіїв в умовах рівноваги будуть рівні – р=n=n_і і при подачі зовнішньої напруги U можна записати

. (1.80)

Підставивши значення (1.80) в формулу (1.73) при вибраних раніш умовах, отримаємо

. (1.81)

Прийнявши це значення для всієї області об’ємного заряду, можна записати абсолютну величину густини рекомбінаційного струму у вигляді

. (1.82)

Поданий розрахунок визначає тільки загальний характер залежності, так як в ньому не враховано зміни по координаті. Більш строгі розрахунки дають
. (1.83)

Як і при розрахунку генераційного струму, можна показати, що рекомбінація в області об’ємного заряду більш суттєва для діодів, які виготовлені із напівпровідників з більшою шириною забороненої області. Наприклад, в напівпровідникових діодах із кремнію вона грає велику роль, ніж в германієвих, особливо при низьких температурах. В напівпровідникових діодах, виготовлених із матеріалів з великою шириною забороненої зони і малим часом життя носіїв (наприклад, карбід кремнію), прямий струм майже повністю визначається рекомбінацією носіїв в області об’ємного заряду.

Необхідно відмітити, що рекомбінаційна складова струму залежить від напруги як , а складова дифузійного струму як . Не дивлячись на те, що рекомбінаційна складова струму з ростом напруги зростає, відносна роль її в загальному струмі діоду зменшується.

Вольт-амперна характеристика з врахуванням дифузійних і генераційно-рекомбінаційних струмів (рис. 1.8) говорить про те, що наявність генерації і рекомбінації збільшує струми напівпровідникового діоду. В результаті зміни товщини області об’ємного заряду σ із зміною напруги зворотній струм стає насиченим.

1 – без врахування генерації і рекомбінації в області об’ємного заряду;

2 – з врахуванням генерації і рекомбінації

Читайте також:

1. Виділення області в Photoshop.
2. Генератор папруги пилкоподібної форми без засобів стабілізації заряду конденсатора
3. Генератор папруги пилкоподібної форми зі стабілізацією струму заряду конденсатора
4. Генерація ключа сеансу та попереднього підпису
5. ГІС екологічного моніторингу Києва та Київської області (ЕкоГІС “Природокористування та екологія довкілля Києва та Київської області” як складова частина ГІС України).
6. Державна політика в області зайнятості.
7. Дифузія носивїв заряду у напівпровідниках
8. Електричне поле точкового заряду.
9. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона
10. Етнонаціональна політика України. Охарактеризувати на основі досвіду Закарпатської області.
11. Європейська стратегічна програма досліджень і розробок в області інформаційних технологій і техніки

Переглядів: 1920