Модели полупроводниковых диодов (стр. 2 из 3)
φК – контактная разность потенциалов.
| Т°,К | N/5 | N | 5N | |
| 300 | W, мкМ | 1,076 | 0,540 | 0,266 |
| 350 | 0,945 | 0,499 | 0,253 | |
| 400 | 0,770 | 0,453 | 0,239 |
Зависимость положения границ ОПЗ
а) в зависимость от концентраций в Б и Э при Т=300°К
б) в зависимости от температуры при фиксированном N.
| W, мкМ | |
| Ge | 0,540 |
| Si | 0,726 |
При смене типа материала с Ge на Si толщина ОПЗ увеличивается.
Зависимость толщины ОПЗ при Т=300°К от U при прямом и обратном смещениях напряжения на диоде.
| U, В | N/5 | N | 5N | |
| Прямое | 0,1 | 0,892 | 0,468 | 0,237 |
| 0,15 | 0,783 | 0,428 | 0,221 | |
| 0,2 | 0,656 | 0,383 | 0,204 | |
| 0,25 | 0,499 | 0,332 | 0,185 | |
| 0,3 | 0,260 | 0,272 | 0,164 | |
| Обратное | -5 | 4,395 | 1,981 | 0,893 |
| -10 | 6,122 | 2,749 | 1,234 | |
| -20 | 8,590 | 3,850 | 1,725 | |
| -30 | 10,493 | 4,699 | 2,104 | |
| -40 | 12,101 | 5,417 | 2,425 | |
Толщина ОПЗ при увеличении температуры уменьшается незначительно.
Снижение высоты потенциального барьера при U>0 позволяет основным носителям пересекать область перехода, при этом они становятся неосновными носителями, создавая заметный ток (при Uпр, W¯). При U<0 эффекты диффузии более ощутимы, чем эффекты дрейфа (при Uобр, W).
Часть №2
1. Исследование влияния температуры и концентрации примесей в База на вид ВАХ для PSPICE модели идеального диода
Модель ВАХ идеального диода:
Is – ток насыщения
φT – 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:
φК – контактная разность потенциала
М – коэффициент лавинного умножения
ISR– ток насыщения ток рекомбинации
m – коэффициент неидеальности.
Влияние процессов генерации-рекомбинации (параметр N) на вид ВАХ:
| GeUпр = 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.
3. 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:
IKF – ток излома (ток перехода к высокому уровню инжекции)
Is – ток насыщении
m – коэффициент неидеальности
φТ – тепловой потенциал
Независимо от типа материала (Ge или Si) эффект высокого уровня инжекции начинает проявляться при любом положительном значении тока излома (IKF>0).
Зависимость Kinj 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.
4. Исследование влияния процессов пробоя на вид ВАХ
Уточненная модель обратной ветви ВАХ диода с учетом процессов пробоя:
IB0 – насыщенный ток пробоя
UB – напряжение пробоя
φТ – тепловой потенциал
Зависимость пробивного напряжения от:
(для плоского перехода)
а) тип материала (при NБ=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 Uобр ток Iобр незначительно возрастет до тех пор, пока напряжение не достигнет так называемого напряжения пробоя Uпр. после этого ток Iобр 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 Cj0 (при U=0)
а) Si
| Т=300°К | N=2×1015см-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