Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Ток рекомбинации – генерации в объеме ОПЗ

 

Как и в p-i-n структуре, на малых уровнях инжекции необходимо учитывать ток рекомбинации-генерации в ОПЗ. Модель этого тока была разработана Sah, Noyce, Shockly для перехода с линейным ходом потенциала, содержащим один доминирующий рекомбинационный уровень Et , в запрещенной зоне.

Ток рекомбинации в ОПЗ определялся на основе интегрирования темпа рекомбинации в этой области (5.36).

а) б)

Рисунок 5.22 - Энергетическая диаграмма p-n перехода в прямом смещении (а)

и распределение темпа рекомбинации R(x) и концентрации носителей заряда (б)

 

 

Темп рекомбинации через ловушечные центры по модели Шокли-Холла-Рида (ШХР),

. (5.38)

Для одноуровневой модели (Еt):

; ,

где ; – вероятности рекомбинации дырок и электронов соответственно; Sp , Sn , Vp , Vn – сечение захвата (эффективная площадь) и тепловые скорости дырок и электронов; Nt – концентрация рекомбинационных центров Еt; n1, р1 – концентрация электронов и дырок при совпадении уровня Ферми с уровнем Еt.

С учетом принятых допущений интегрирование темпа рекомбинации по толщине ОПЗ дает следующее выражение:

; (5.39)

где для глубоких .

Для мелких центров зависимость jрек ~ , ( > 10).

В общем случае зависимость тока рекомбинации в объеме ОПЗ можно представить в виде:

, (5.40)

где 1< m £ 2.

Так как эффективность рекомбинационного центра зависит от его энергетического положения, то при наличии нескольких типов генерационно - рекомбинационных уровней, проявляется более глубокий (Еt ~ Еi). Поэтому в большинстве случаев на практике проявляется именно глубокий уровень Еt , и m ≈ 2. В этом случае ток рекомбинации в ОПЗ ведет себя, как ток рекомбинации в i-слое p-i-n структуры.

При обратном смещении темп генерации постоянный по всей толщине ОПЗ.

Выражение для обратного тока имеет вид:

. (5.41)

Полный ток p-n перехода с учетом рекомбинации в ОПЗ определяется суммой jдиф и jрек (рисунок 5.21).

.

При обратном смещении ток генерации в ОПЗ по сравнению с jS0 растет с увеличением напряжения.

; ~ , (5.42)

где n = 2 для ступенчатого, и n = 3 для плавного p-n перехода (рисунок 5.23).

Следует отметить, что в отличие от инжекционных токов, у которых ток насыщения в прямом смещении равен обратному, начальные токи генерации-рекомбинации в ОПЗ не равны друг другу в прямом и обратном смещениях. А именно jr0 >> jg0, так как ch(x) всегда больше единицы (5.41). Кроме того, jr0 растет с увеличением прямого смещения (5.39).

 

 

Рисунок 5.23 - ВАХ p-n перехода с учетом рекомбинации - генерации в ОПЗ

 

 

Температурная зависимость обратного тока аналогична p-i-n структуре (рисунок 5.21). Однако энергия активизации тока генерации в ОПЗ будет определяться положением генерационного уровня Еt (5.41).

~ , где .

Для глубокого центра Еt = Еi ,

.

Процессы рекомбинации в объеме ОПЗ существенно влияют на ВАХ р-n перехода для широкозонных полупроводников (Si, GaAs, SiC). Для узкозонных (Ge, InSb) они заметны при низких температурах или при малых временах жизни (большая концентрация рекомбинационных центров). С увеличением тока (смещения) влияние токов рекомбинации в ОПЗ на суммарный ток ослабляется (доля рекомбинационного тока в полном токе уменьшается из-за более слабой потенциальной зависимости). Тем не менее, ток рекомбинации в ОПЗ для кремниевых транзисторов и транзисторов с гетероэмиттером ограничивает эффективность эмиттера (коэффициент усиления) в режиме малых токов. Для гетеротранзисторов с широкозонным эмиттером ток рекомбинации в ОПЗ на мелких энергетических рекомбинационных уровнях ограничивает коэффициент усиления и на средних уровнях инжекции из-за одинаковой потенциальной зависимости с инжекционным током. В этой связи очень важную роль играет технологический процесс эпитаксиального наращивания эмиттера. Он должен обеспечить малую плотность дефектов и связанных с ними рекомбинационно-генерационных центров.

При обратном смещении влияние генерационных процессов в ОПЗ на обратный ток можно оценить из отношения (5. 34), (5. 42).

Для резкого p+-n перехода:

.

Проведем оценку для кремниевого и германиевого p-n переходов.

Параметры: d(U) = 5∙10–4 см, Nd = 1014 см–3, Lp = 5∙10–3 см, ni(Ge) = 2,5∙1013 см–3, ni(Si) = 1,5∙1010 см–3, T = 300 K.

Для кремния K = 333, для германия K = 0,2. При заданных физических параметрах p-n переходов обратный ток кремниевого p-n перехода полностью определяется генерацией в ОПЗ. Для германиевого p-n перехода доминирует генерация в квазинейтральном объеме jS0. Как и в прямом смещении, генерация в ОПЗ определяет величину обратного тока в широкозонных полупроводниках, при низких температурах и при малом времени жизни носителей (высокая концентрация рекомбинационных центров). С увеличением температуры доля генерационного тока jS0 возрастает в обратном токе в связи с большей энергией активации (Ea = DEg) (рисунок 5.24). На увеличение роли генерационно-рекомбинационных процессов в ОПЗ существенно влияет проникающая радиация. При облучении p-n перехода вводятся дополнительные радиационные центры рекомбинации, уменьшающие время жизни носителей заряда. Так как

~ ~ ,

то уменьшение τ ведет к увеличению вклада процессов в ОПЗ по сравнению с квазинейтральным объемом.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.