Исследование влияния температуры и концентрации примесей в База на вид ВАХ для PSPICE модели идеального диода

 

Модель ВАХ идеального диода:

 

            

 

Is – ток насыщения

φ _T – тепловой потенциал.

 

Модель идеального диода в логарифмическом масштабе:

 

 

       

 

 

Изменение концентрации примеси в базе влияет на ток насыщения (при увеличении концентрации, ток насыщения уменьшается), при этом ВАХ изменяется следующим образом:

 

Материал	Ge	Si	Ge(T+50)	Si(T+50)
Is, A	4, 23Е-7	2, 73Е-14	2, 26Е-5	1, 9Е-11

 

Т=300°К

Т+50=350°К

 

 

Для реальных переходов величина Is не является постоянной и в момент зависеть от напряжения, приложенного к переходу.

Это может быть вызвано, например, изменением свойств п/п (время жизни носителей, концентрации примесей) по объему Is в основном определяется удельным сопротивлением материала – с ­ρ, Is­ (что обусловлено увеличением концентрации неосновных носителей).

 

2. Исследование влияния процессов генерации-рекомбинации в ОПЗ на вид ВАХ для PSPICE модели диода

 

Уточненная модель ВАХ диода при прямом смещении с учетом процессов генерации-рекомбинации в ОПЗ:

 

 

φ _К – контактная разность потенциала

М – коэффициент лавинного умножения

I_SR – ток насыщения ток рекомбинации

m – коэффициент неидеальности.

 

Влияние процессов генерации-рекомбинации (параметр N) на вид ВАХ:

 

N=5

N=3

 

При увеличении коэффициента неидеальности, N возрастает прямого тока начинается при больших значениях напряжения, чем в модели идеального диода.

Диапазоны напряжений, в которых начинает преобладать ток генерации-рекомбинации:

 

Ge Uпр = 0, 62¸ 0, 9 В

Si Uпр = 1, 8¸ 2, 2 В

 

Протекание процессов генерации-рекомбинации приводит к увеличению тока как в прямом, так и в обратном направлению.

Процессы генерации и рекомбинации связаны с различными концентрациями свободных носителей заряда (в области объемного заряда) при различных напряжениях на переходе.

Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода

 

Уточненная модель ВАХ диода с учетом процессов высокого уровня инжекции при прямом смещении диода:

 

 

I_KF – ток излома (ток перехода к высокому уровню инжекции)

Is – ток насыщении

m – коэффициент неидеальности

φ _Т – тепловой потенциал

 

Независимо от типа материала (Ge или Si) эффект высокого уровня инжекции начинает проявляться при любом положительном значении тока излома (I_KF> 0).

Зависимость K_inj от напряжения на диоде:

 

 

ВАХ с учетом процессов высокого уровня инжекции (при N=3)

 

  

 

При протекании прямого тока в переходе преобладает диффузионная компонента тока, состоящая из основных носителей заряда, преодолевающих потенциальный барьер и пронимающих в область п/п, для которых они являются неосновными носителями. И в том случае, когда концентрация неосновных носителей существенно возрастет по сравнению с равновесной концентрации, начнут преобладать процессы инжекции. Таким образом, процессы инжекции связаны концентрацией неосновных носителей в п/п.

Исследование влияния процессов пробоя на вид ВАХ

 

Уточненная модель обратной ветви ВАХ диода с учетом процессов пробоя:

 

I_B0 – насыщенный ток пробоя

U_B – напряжение пробоя

φ _Т – тепловой потенциал

 

Зависимость пробивного напряжения от:

(для плоского перехода)

а) тип материала (при N_Б=2× 10¹⁵см^-3)

 

Материал	Ge	Si
Uпр, В	95, 368	206, 118

 

б) от концентрации легирующей примеси (для Ge)

 

NБ, см-3	4× 1014	2× 1015	1× 1016
Uпр, В	318, 882	95, 368	28, 522

 

Диапазоны токов, при которых начинают проявляться эффекты пробоя:

 

Ge   Iобр = 0, 1¸ 0, 25 А

Si  Iобр = 1¸ 1, 15 А

 

График обратных ветвей ВАХ с учетом процессов пробоя:

 

Плоский p-n переход	Цилиндрический p-n переход	Сферический p-n переход

 

При больших значениях U_обр ток I_обр незначительно возрастет до тех пор, пока напряжение не достигнет так называемого напряжения пробоя U_пр. после этого ток I_обр возрастет скачкообразно.

Известные различные механизмы пробоя – тепловая нестабильность, туннельный эффект (явление Зенера) и лавинный пробой.

Именно лавинный пробой является наиболее важным, т.к. именно он обуславливает верхнюю границу напряжения на диоде.

Часть №3

 

1. Исследования влияние концентрации в базе и температуры на значение равновесной барьерной емкости C_{j 0} (при U =0)

 

а) Si

Т=300°К				N=2× 1015 см-3
N, см-3	W, мкМ	CJO, Ф		Т, °К	W, мкМ	CJO, Ф
4× 1014	1, 537	6, 74× 10-12		300	0, 726	1, 427× 10-11
2× 1015	0, 726	1, 427× 10-11		350	0, 696	1, 88× 10-11
1× 1016	0, 341	3, 04× 10-11		400	0, 629	1, 523× 10-11

 

б) Ge

Т=300°К				N=2× 1015 см-3
N, см-3	W, мкМ	CJO, Ф		Т, °К	W, мкМ	CJO, Ф
4× 1014	1, 076	1, 32× 10-11		300	0, 540	2, 62× 10-11
2× 1015	0, 540	2, 62× 10-11		350	0, 499	2, 84× 10-11
1× 1016	0, 266	5, 33× 10-11		400	0, 453	3, 13× 10-11

 

При изменении N_Б при постоянной температуре барьерная емкость при нулевом смещении (CJO) как для Ge, так и для Si увеличивается. Также барьерная емкость увеличивается и при увеличении температуры (при постоянной N_Б). Отличие заключается в том, что Si величина барьерной емкости меньше, чем для Ge.

 

Модель равновесной барьерной емкости:

 

S – площадь поперечного сечения p-n перехода.

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться: