7. Расчет прямой ветви вах диода.

Расчет прямой ветви вольт-амперной характеристики диода.

Вольт-амперная характеристика диода с учетом только процессов инжекции и экстракции неосновных носителей заряда и при низком уровне инжекции (∆ρ_n<<n_n0 или ∆n_ρ<<p_p0) соответствует уравнению:

(1.11)

где - обратный ток насыщения. Общее выражение для тока насыщения

p⁺-n перехода:

. (1.12)

Для диода с толстой базой (W_Б >>L_p) ток насыщения может быть вычислен по формуле:

(1.13)

Для диода с тонкой базой (W_Б<<L_P) ток насыщения соответствует формуле:

(1.14)

При высоком уровне инжекции прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода с тонкой базой может быть рассчитана по формуле (1.10), или, что чаще используется, по выражению:

(1.15)

Прямые ветви вольтамперных характеристик диода изменяются с изменением температуры окружающей среды. Границы температурного смещения этих характеристик определяются минимальной и максимальной температурами (Т_min и Т_max) заданного диапазона рабочих температур. Поэтому необходимо рассчитать прямые ветви вольтамперной характеристики при Т_min и Т_max, а также при комнатной температуре. При расчете надо учесть:

1) температурные изменения концентрации неосновных носителей, используя соотношение , а также зависимости собственной концентрации носителей заряда от температуры. Собственную концентрацию носителей заряда при разных температурах можно вычислить также по соотношению:

пренебрегая в первом приближении температурной зависимостью величин эффективных плотностей энергетических состояний в зоне проводимости N_C и в валентной зоне N_V.

2) температурные изменения коэффициента диффузии неосновных носителей заряда определяют, используя графики температурных зависимостей подвижности носителей заряда и соотношение Эйнштейна:

3) температурные изменения диффузионной длины неосновных носителей заряда связаны температурными изменениями коэффициента диффузии и времени жизни носителей заряда .

Кроме инжекционной составляющей прямой ток через диод может иметь и рекомбинационную составляющую, которая оказывается существенной (при малых напряжениях) в диодах, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны. Расчет рекомбинационной составляющей прямого тока может быть выполнен по формуле:

(1.16)

Время жизни в ОПЗ обычно принимают равным

так как , а для резкого p-n перехода , то расчет рекомбинационной составляющей прямого тока через диод необходимо произвести для разных значений прямого напряжения и температуру, учитывая, что величина контактной разности потенциалов определяется соотношениями:

; (1.17)

По результатам расчетов должны быть построены прямые ветви вольт-амперных характеристик диода при разных температурах и сделаны выводы о влиянии процесса рекомбинации носителей заряда в электронно-дырочном переходе на величину прямого тока при разных напряжениях и температурах.