6. Изменение температурной зависимости прямого падения напряжения

На малых уровнях инжекции прямое падение напряжения в основном определяется напряжением на p-n переходе и уменьшается с ростом температуры (5.37). На больших уровнях инжекции существенную роль играет падение напряжения на базе (5.63), (5.64). Подвижность носителей, обусловленная рассеянием на фононах и друг на друге (5.61), уменьшается с ростом температуры, приводя к уменьшению длины диффузионного смещения L_a. К уменьшению L_a приводит также увеличение темпа рекомбинации Оже с ростом температуры. Из эксперимен-тальных исследований следует, что суммарный коэффициент Оже-рекомбинации возрастает с увеличением температуры,

,

где показатель степени = 0,6 для кремния.

Вследствие этих причин на МУИ падает с ростом температуры, а на БУИ наоборот возрастает (рисунок 5.41). Инверсия знака температурной зависимости прямого падения напряжения в силовых кремниевых диодах лежит в диапазоне (100-400) А/см².

Рисунок 5.41 - Изменение температурной Рисунок 5.42 - Местоположение компонент

зависимости U_пр на БУИ. тока p-n перехода.

5.10. Суммарный ток p-n перехода

В зависимости от местоположения процессов рекомбинации-генерации можно выделить следующие компоненты тока p-n перехода (рисунок 5.42).

Первая компонента связана с процессами рекомбинации-генерации в квазинейтральном объеме p и n-областей и на омических контактах. Эта компонента диффузионных токов прямой и обратной инжекции при прямом смещении. В обратном смещении генерация в этих областях с последующей диффузией носителей к p-n переходу и разделением в нем полем источника формирует ток объемной тепловой генерации. Вторая компонента обусловлена рекомби-нацией - генерацией в объеме ОПЗ. Третья – на поверхности ОПЗ. Четвертая – на квазинейтральной поверхности, ограниченной эффективной диффузионной длиной. Пятая – канальный ток.

Электрическая эквивалентная схема p-n перехода представлена на рисунке 5.43. Проводимости соответствуют вышеприведенным компонентам тока.

В прямом смещении ток определяется процессами рекомбинации неравновесных носителей заряда:

, (5.73)

где – определены в разделах 5.6, 5.7, 5.8.

Прямая ВАХ в полулогарифмическом масштабе приведена на рисунке 5.44.

Рисунок 5.43 - Эквивалентная схема p-n перехода Рисунок 5.44 - ВАХ p-n перехода

по компонентам тока в прямом смещении

На МУИ потенциальная зависимость тока определяется канальной компонентой (m ≥ 4) и токами рекомбинации в объеме и на поверхности ОПЗ (m = 2). На СУИ доминируют диффузионные компоненты (m = 1). На БУИ потенциальная зависимость диффузионных токов ослабляется (m = 2). Далее ток ограничивается сопротивлением базы и контактов m . На квадратичном и линейном участке ВАХ при аппроксимации ВАХ экспоненциальной зависимостью

,

разложение

возможно, когда аргумент достаточно мал, т.е. m . Для выделения компонентов тока может быть использована зависимость (m = f(U)) или (m = f(I)) (рисунок 5.45).

Р исунок 5.45 - Зависимость m от U или I Рисунок 5.46 - ВАХ p-n переходов в прямом

смещении (Si и Ge)

При отработанной технологии изготовления p-n переходов канальные токи подавляются, как и другие компоненты поверхностных токов. В этом случае остаются компоненты объемной рекомбинации. В зависимости от ширины запрещенной зоны ВАХ могут содержать либо не содержать (большие времена жизни, высокая температура, малая ширина запрещенной зоны) участок тока рекомбинации в объеме ОПЗ (рисунок 5.46). Однако участки диффузионного тока (m = 1) и БУИ (m = 2) явно выражены на всех структурах.

При обратном смещении процессы рекомбинации сменяются на процессы генерации носителей заряда. Суммарный обратный ток

,

где .

Компоненты – генерация в квазинейтральном объеме, на омических контактах и квазинейтральной поверхности – не зависят от обратного напряжения .

Компоненты – генерация в объеме и на поверхности ОПЗ, увеличиваются с ростом напряжения за счет увеличения толщины ОПЗ. При этом для ступенчатого, для плавного p-n переходов. Для канальной утечки . Построение ВАХ в двойном логарифмическом масштабе позволяет оценить природу тока по наклону

(рисунок 5.47).

Рисунок 5.47 - Зависимость компонент обратного Рисунок 5.48 - Температурная зависимость

тока от обратного напряжения компонент обратного тока

В узкозонных полупроводниках (InSb, Ge) в обратном токе преобладают компоненты генерации в квазинейтральном объеме и на квазинейтральной поверхности (большие значения ), в широкозонных полупроводниках (Si, GaAs, SiC) доминируют токи генерации в объеме и на поверхности ОПЗ.

Температурная зависимость обратного тока в общем случае может быть представлена в виде (рисунок 5.48):

, (5.74)

где – для токов генерации в квазинейтральном объеме и на квазинейтральной поверхности;

– для токов генерации в ОПЗ и на его поверхности;

и меньше – для канальных токов.