Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
На межі напівпровідника та металу електрони з напівпровідника можуть переходити в метал і навпаки. Цей процес визначається роботою виходу електронів із металу та напівпровідника (енергією Фермі).
Якщо робота виходу електронів із металу буде більшою за роботу виходу електронів із НП (eφ м > eφ нп ), то електрони будуть переходити з НП в метал (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Структура бар’єра Шоттки
В цьому разі в приконтактному шарі НП, з якого електрони ідуть у метал, виникає нескомпенсований об’ємний позитивний заряд іонів донорів, тобто НП заряджається позитивно, а метал – негативно. Виникає контактна різниця потенціалів j к = j м - j нп, яка буде протидіяти подальшому переходу електронів.
Це означає, що на межі М-НП виникає перехід, який буде мати випрямні властивості, аналогічні p-n переходу. ВАХ переходів метал-напівпровідник така ж, як і ВАХ p-n переходу.
Опір переходу М-НП залежить від полярності і рівня прикладеної напруги:
- напруга, прикладена “-“ до НП n -типу, а “+” до металу, є прямою, тому потенційний бар’єр для електронів зменшується і струм електронів із НП в метал зростає;
- при зворотній напрузі потенційний бар’єр зростає і струм стає малим.
Таким чином, діод Шоттки – це такий НП діод, робота якого заснована на явищах на межі переходу метал - НП.
Особливістю діода Шоттки є те, що в ньому немає нагромадження зарядів в базі, як у звичайному діоді, тому що весь прямий струм, який проходить з напівпровідника в метал, створюється електронами, концентрація яких менша за концентрацію електронів в металі, крім того у такій структурі немає дифузії і рекомбінації.
Отже, перевагами діодів Шоттки є:
- мале падіння напруги в прямому напрямку (0,2…0,3В);
- мала дифузійна ємність (завдяки малому нерівноважному заряду);
- велика швидкодія (межова частота до 500 ГГц);
- високий ККД;
- висока теплова стійкість (Т до 500° С);
- малий коефіцієнт шуму.
На основі структури Шоттки створюють діоди, транзистори та ІМС. Їх використовують в детекторах і змішувачах, помножувачах і перетворювачах надвисокочастотного діапазону, при перемиканні, в потужних випрямних діодах. Залежність ємності зворотнозміщеного переходу Шоттки від напруги дозволяє використовувати його як конденсатор для електричної підстройки частоти коливального контуру.
7.4. Пробій р-n переходу
Збільшення зворотної напруги, прикладеної до р-n структури, може при- вести до її пробою, який проявляється у різкому зростанні струму.
Пробій може бути:
- електричним (при зворотній напрузі);
- тепловим (при прямій напрузі);
- змішаним.
Тепловий пробій.
Виникає внаслідок порушення рівноваги між теплом, що виділяється у р-n переході і теплом, що відводиться від нього. При підвищенні температури починається термічна іонізація атомів кристалічних ґрат, яка призводить до теплового розмноження носіїв зарядів, а тому збільшується концентрація неосновних носіїв зарядів, зменшується опір переходу і зростає зворотній струм. Це в свою чергу веде до подальшого розігріву структури. Процес зростає лавинно, тому струм збільшується стрибком, виникає незворотна зміна структури і р-n перехід виходить з ладу –порушується однобічна провідність
Р під = U зв • I зв Р від = ,
де Р під – потужність, що підводиться,
Р від –потужність, що відводиться,
Т n – температура переходу,
Т о – температура зовнішнього середовища,
R т – тепловий опір, визначається перепадом температур, необхідним для відводу тепла від переходу в зовнішнє середовище.
Звідси можна знайти максимальне допустиме значення зворотної напруги.
U зв =
Рис. 7.7. ВАХ діоду при пробою
Тепловий пробій спостерігається переважно у германієвих переходах. Зворотній струм силіцієвих переходів настільки малий, що тепловий пробій в них практично неможливий.
Електричний пробій
Є три види електричного пробою: лавинний, тунельний, поверхневий.
Лавинний пробій спостерігається при широкому p-n переході (більшим за довжину вільного пробігу електрона). В цьому випадку електрони під дією сильного електричного поля іонізують атоми НП у переході. У результаті цього виникають нові електрони, які іонізують інші атоми і т.д. Виникає лавинний процес (ударна іонізація), різко збільшується зворотний струм переходу. Якщо струм крізь перехід обмежений опором зовнішнього контуру і потужність, яка виділяється на переході малі, то пробій може бути оборотний. В іншому випадку електричний пробій може перейти у тепловий.
Тунельний пробій виникає при великій концентрації домішок у р та n -областях структур (порядку 1019 см –3), що визначає велику напруженість поля на вузькому р-n переході. В цьому випадку рівень Фермі буде у зоні провідності (для n - області) і у валентній зоні (для р - області). Такий НП називають виродженим. По обидва боки переходу будуть однакові енергетичні рівні, тому носії заряду переходять із одної області у другу без витрати енергії.
Електрони рухаються у бік р-n – переходу під дією прямої напруги і проходять крізь нього (ніби крізь тунель), навіть не витрачаючи енергії.
Поверхневий пробій виникає там, де перехід δ виходе на поверхню НП кристалу і наявності поверхневого поля, що збільшує напруженість поля у поверхневих шарах переходу. Наприклад, при наявності на поверхні позитивного заряду електрони із n - області притягуються до поверхні, заповнюючи частину області р-n переходу, що призводить до зменшення товщини переходу δ1 у поверхневих шарах і збільшенню ймовірності пробою (рис.7.8).
Рис.7.8. Поверхневий пробій
Дата публикования: 2014-12-08; Прочитано: 966 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!