Вольт-амперная характеристика
Физика и технология p - i - n - диодов для Высокочастотных применений Физические явления в переключательных p - i - n - диодах Вольт-амперная характеристика При моделировании процессов протекания тока в p-i-n- диодах, как правило, используют следующие допущения: ступенчатость распределения примесей на границах p-i и p-n-переходов; независимость подвижности и времени жизни носителей заряда от их концентрации; одномерность геометрии диодов. P-i-n- диоды, предназначающиеся для высокоскоростной модуляции СВЧ-мощности, обычно имеют тонкую базy: w<Li, где Li – диффузионная длина носителей заряда в i- области. Плотность, прямого тока колеблется от десятков до тысяч А/см2. В этом диапазоне плотностей тока коэффициенты инжекции переходов существенно отличаются от единицы, т.е. происходит инжекция основных носителей заряда из базы в низкоомные области p-i-n-структур. Это приводит к тому, что неравновесные носители заряда накапливаются не только в i- области, но и в контактных областях. В большинстве случаев заряд контактных областей значительно меньше заряда, накапливаемого в базе.. Однако рекомбинационные процессы в этих областях могут определять вид ВАХ p-i-n-диода. Неидеальность переходов характеризуется добротностями Вp и Вn, которые являются сложными функциями параметров р - и n - контактных областей и напряжения на переходах. С увеличением напряжения добротность переходов падает. К снижению добротности приводит также нерезкость реальных p-i- и i-n - переходов и наличие в них значительных концентраций рекомбинационных центров. В зависимости от соотношения между рекомбинационными токами в базе р-i-n - диода и в контактных областях на ВАХ р-i-n- диода можно выделить три типичных участка. 1) При малых плотностях тока коэффициенты инжекции р-i- и i-n - переходов близки к единице, преобладает рекомбинация в базовой области и ВАХ диода описывается зависимостью по Холлу[7,13,15,16,]
, (1)
где Iпр – прямой ток через диод; Vпр – падение напряжения на диоде при прямом смещении; q – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; Т – температура. 2) По мере уменьшения добротности переходов с возрастанием прямого смещения на диоде становится существенной инжекция носителей заряда в контактные области. Когда рекомбинационный ток в этих областях становится равным рекомбинационному току в базе, ВАХ р-i-n- диода можно представить в виде[15]
(2)
Крутизна ВАХ на этом участке выше, чем на холловском. 3) При дальнейшем росте плотности тока, когда рекомбинация в низкоомных р- и n- областях начинает преобладать над рекомбинацией в базовой области, крутизна ВАХ p-i-n- диода уменьшается, и связь между током и напряжением на диоде принимает вид [13,15]
(3)
где V0 - сумма падений напряжения на контактах и разности потенциалов Дембера. Следует отметить, что второй участок ВАХ имеет большую протяженность у диодов с меньшим значением отношения w/Li, у р-i-n- диодов с w/Li ~1 такого участка ВАХ практически не наблюдается. На рис.1 показана зависимость тока от напряжения быстродействующего переключательного p-i-n- диода, предназначенного для высокоскоростной модуляции СВЧ-мощности в цифровых системах связи [9]. Толщина базы диода около 2 мкм при диаметре p-i-n- структуры 30-35 мкм. На ВАХ не наблюдается переход к квадратичному участку даже при плотности тока (4-6)*103 А/см2, что может свидетельствовать о высокой добротности переходов и сравнительно большом времени жизни носителей заряда в i-области. Общий накопленный заряд QS есть сумма зарядов в i -области и в p- и n- областях. Для симметричной модели диода
, (4)
где Qi - накопленный заряд в базе диода; QC - накопленный заряд в контактной области. Уравнение непрерывности для заряда, являющееся основой метода, в этом случае имеет вид
, (5)
где ti – время жизни носителей заряда в i- области при высоком уровне инжекции; Рис. 1. ВАХ быстродействующего переключательного p-I-n- диода.
Рис. 2. Стационарное распределение носителей и накопленных зарядов в базовой и контактных областях для симметричной модели p-i-n- диода.
tС – время жизни носителей заряда в контактных областях. Распределение носителей заряда в базовой и контактных областях в стационарном состоянии для симметричного случая показано на рис. 2. Со- гласно распределению Больцмана концентрация носителей в I – области на границе с р – областью связана с их концентрацией в p- области соотношением
, (6)
где р0 – концентрация равновесных дырок в р- области; V0p-I – контактная разность потенциалов на р –I – переходе; Vp-I –внешнее напряжение на p-i- переходе; pi, ni – концентрация электронов и дырок в базе. Аналогичное соотношение выполняется и на I-n- переходе. Выражение (6) справедливо до тех пор, пока в р- области выполняется условие низкого уровня инжекции. С ростом инжекции в (6) p0 необходимо заменить на p0+nC(p), где nC(р) – концентрация электронов, инжектированных в р-область, и зависимость (6) усложняется. Для p-I-n- диодов с w<Li при J< 103 А/см2 падением напряжения на базе в стационарном состоянии можно пренебречь [4,7,14]. В этом случае для симметричной модели падение напряжения на каждом из переходов равно
, где Vp-n – общая контактная разность потенциалов диода. Учитывая (6), а также полагая одинаковую степень легирования р- и n- областей (p0=n0=NC), распределение носителей заряда в I –области может быть записано в виде (см. рис. 2)
, (7)
где NC – концентрация доноров(акцепторов) в контактных областях; Li – диффузионная длина носителей заряда в I- области;
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (170)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |