Основні результати
1. Аналіз ідеалізованого діода зводиться до вирішення рівняння безперервності для неосновних носіїв в емітері та базі без урахування електричного поля.
2. ВАХ ідеалізованого діода описується рівнянням (4.25) і повністю визначаємося єдиним параметром – тепловим струмом.
3. При зворотному зміщенні температурна залежність ВАХ визначається температурною залежністю струму та характеризується температурами
4. При прямому зміщенні температурна залежність ВАХ характеризується температурним коефіцієнтом напруги (ТКН), величина якого є негативною.
5. Випрямляючі властивості діода виявляються у відмінності диференціального та статичного опорів, що визначаються співвідношеннями (4.37) та (4.38). При прямому зміщенні диференціальний опір діода обернено пропорційно струму.
6. Співвідношення діркового та електронного струму у площині переходу визначається ефективністю емітера. Ефективність емітера збільшується зі збільшенням ступеня легування емітера та зменшенням ступеня легування основи.
5. Вах реального діода
5.1. Особливості вах реального діода
Ідеалізована модель діода заснована на низці фізичних припущень, перелічених у параграфі 4.1. Працюючи реального діода у широкому діапазоні струмів ці припущення можуть виконуватися, що призводить до розбіжності ВАХ реального діода і ВАХ, що описується виразом (4,25). В області великих струмів повинні проявлятися ефекти, пов'язані з падінням напруги на опорах бази та емітера, а також підвищення рівня інжекції. При високому рівні інжекції перестають виконуватися граничні умови Шоклі, що визначають форму ВАХ. Крім того, при високому рівні інжекції неприпустиме нехтування дрейфовим струмом.неосновних носіїв заряду, оскільки їх концентрація не може вважатися малою. Нарешті, частина струму в реальному діоді пов'язана з термогенерацією та рекомбінацією електронно-діркових пар у переході. Цей струм не було враховано в ідеалізованій моделі діода.
У розділі 5 буде розглянуто зазначені вище ефекти, з'ясовано пов'язані з ними зміни ВАХ діода та визначено умови, за яких облік того чи іншого ефекту стає необхідним.
5.2. Термогенерація та рекомбінація носіїв заряду в р-п переході
При виведенні ВАХ ідеалізованого діода ми нехтували термогенерацією і рекомбінацією носіїв областір-ппереходу, вважаючи, що інжектовані складові діркового і електронного струму однакові по обидва боки переходу.
Носії заряду, генеровані в областір-ппереходу, підхоплюються Сильним електричним полем і викидаються за межі переходу: дірки -р-область, електрони - вп-область. Таким чином, струм термогенерації спрямований відп-області дор-області.
Носії заряду, що дифундують черезр-пперехід, мають можливість рекомбінувати в області переходу. Оскільки дірки дифундують у бікп-області, а електрони - у бікр-області, з процесом рекомбінації в переході пов'язаний струм, що протікає відр-області доп-області. При виведенні ВАХ ми обчислюємо дифузійний струм носіїв після їх виходу зр-ппереходу. Отже, струм, що з рекомбінацією б області переходу, врахований нами був.
У рівноважному стані струми термогенерації та рекомбінація вр-ппереході взаємно врівноважуються.
При прямому зміщенні переходу дифузійні потоки носіїв різко зростає, відповідно зростає струм рекомбінації в переході.Струм термогенерації, навпаки, зменшується, так як швидкість генерації залежить тільки від температури, а обсягр-ппереходу скорочується внаслідок зменшення його ширини. Таким чином, струм рекомбінації збільшує загальний прямий струм діода.
При зворотному зміщенні переходу дифузійні потоки носіїв практично припиняються відповідно припиняється і струм рекомбінації в переході. Зі збільшенням зворотного зміщення струм термогенерації дещо зростає через збільшення об'ємур-ппереходу. Таким чином, струм термогенерації збільшує загальний зворотний струм діода і робить його залежним від напруги.
Розрахунок струмів термогенерації та рекомбінації в переході проводиться на підставі теорії рекомбінації електронів та дірок, розробленої Шоклі та Рідом [3, с.310-312]. Ними було отримано співвідношення для розрахунку швидкості рекомбінації електронно-діркових пар у припущенні, що рекомбінація відбувається через пастки, енергетичний рівень яких розташований у забороненій зоні. Для випадку, коли коефіцієнти захоплення пастками електронів
де
Зважаючи на сталість квазірівнів Фермі в областір-ппереходу добуток концентрації електронів і дірок не залежить від координати і визначається прикладеним до переходу напругою. Підстановка (3.5) у (5.1) дає
Перше доданок у правій частині (5.2) відповідає швидкості рекомбінації пар, друге - швидкості термогенерації. Оскільки кожна рекомбінована в переході пара викликає протікання в ланцюгу діодазарядуеу напрямку відр- доп-області, а кожна генерована пара - протікання в ланцюгу діода того ж заряду у зворотному напрямку, струм генерації-рекомбінації може бути представлений у вигляді:
