Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра электронной техники и технологии

РЕФЕРАТ

на тему

«ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ: ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ»

МИНСК, 2008

Диоды - полупроводниковые приборы, которые пропускают ток в одном направлении, а в обратном имеют большое сопротивление.

Рис. 1. Принцип работы р-n перехода:

а) диффузионный и дрейфовый токи через переход; б) графики распределения концентраций носителей заряда в p и n областях (Nnn, Npp - концентрации основных носителей, Nnp, Npn - концентрации неосновных носителей); в) диаграммы потенциала p и n областей. С увеличением температуры растёт концентрация неосновных носителей заряда и уменьшается высота потенциального барьера.

При UAK = 0 существует баланс диффузионной и дрейфовой составляющих токов через переход

iдиф = iдр = IS(T)

Iпр = Iобр

I = Iпр - Iобр = 0

 

При прямом смещении р-n - перехода UAK > 0 появляется прямой ток, определяемый основной диффузионной составляющей

Iпр = iдиф – iдр >0

При UAK < 0 появляется обратный ток, определяемый дрейфовой состовляющей

Iобр = iдр - iдиф > 0.

Т.к. p-n - переход при обратном смещении закрывается из-за увеличения ширины ОПЗ и iдиф → 0, то Iобр = iдр = IS(T).

Поскольку диффузионная составляющая тока через p-n - переход хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией вида

iдиф = IS(T)eUAK/mUT ,

а дрейфовая составляющая описывается как iдр = IS(T), то исходя из того, что при UAK > 0

 

Iпр = iдиф – iдр = IS(T)eUAK/mUT - IS(T)

получим выражение Iпр = IS(T)(eUAK/mUT - 1), описывающее прямую ветвь ВАХ диода (рис. 2)

Рис. 2. ВАХ кремниевого диода (штриховой линией показана смещённая ВАХ при увеличении температуры p - n перехода)

Здесь IS(T) - тепловой ток, определяющий масштаб ВАХ диода. Термин "тепловой" отражает сильную температурную зависимость тока IS(T), а также тот факт, что он равен нулю при абсолютном нуле температуры. Другим распространённым термином является "обратный ток насыщения", происхождение которого связано с тем, что при отрицательном напряжении  >> mUT обратный ток диода равен - IS(T) и не зависит от UAK . Обычно для германиевых диодов IS 1 - 0.1 мкА, а для кремниевых IS 1 - 0.1 пА.

mUT - тепловая разность потенциалов, возникающая в области p-n-перехода при нулевом внешнем напряжении и равновесии дифузионного и дрейфового токов, где

;

 

m = 10.30 - поправочный коэффициент.

Обычно для расчётов равновесного p-n–перехода тепловую разность потенциалов принимают равной mUT = 300 мВ для Ge-диодов и 600 мв для Si-диодов.

IS(T) и UT зависят от Т, что приводит, в общем, к отрицательной температурной зависимости прямого напряжения на диоде UAK от температуры. Температурный коэффициент прямого напряжения на переходе имеет отрицательное значение:

Iпр = IО (e(UAK - aDT)/mUT - 1) .

Смысл последнего выражения заключается в том, что для того, чтобы определить значение Iпр при увеличении Т, но при этом не вычисляя новое значение IS(T), которое также должно увеличится, необходимо значение UAK с учетом отрицательного температурного коэффициента a увеличить на 2 мВ на каждый градус К. ............