Частотные свойства p-n перехода

Как и всякий электронный прибор, в котором имеется перенос носителей заряда через область их регистрации, p-n переход должен обладать некоторой инерционностью протекания процесса переноса. Обнаружить инерционные свойства перехода можно при подаче на него переменного напряжения различной частоты: p-n переход будет не успевать реагировать на него, если частота напряжения превысит некоторый характеристический параметр, определяемый параметрами p-n перехода. Этим характеристическим параметром является время перезарядки его емкости . Ёмкость перехода образована p - и n – областями, разделенными областью обедненного заряда и имеет собственную проводимость. Для исследования частотных свойств p-n перехода необходимо включить его в запорном направлении и приложить синусоидальный сигнал с амплитудой , не превышающей напря-жение постоянного смещения на переходе. Как и в предыдущей части лабораторной работы, амплитуду тестового напряжения рекомендуется брать меньше величины . Тогда получим (рис. 1)

,

где - импеданс p-n перехода, который складывается из активного дифференци-ального сопротивления и емкостного сопротивления . Следовательно Рис. 1

,

где - мнимая единица. Если сопротивление нагрузки значительно меньше дифференциального сопротивления , то снимаемое с нагрузки переменное напряжение будет комплексной величиной

Использование в качестве измерителя амплитуды квадратичного детектора дает на его выходе постоянное напряжение величиной

. (5)

Здесь - время перезарядки емкости перехода через его дифференциальное сопротивление. Согласно данному выражению (5), изменяя частоту тестового сигнала от меньшего значения к большему, получим изменение величины постоянного напряжения , снимаемого с сопротивления нагрузки , от постоянного на низкой частоте к уменьшающемуся по закону на высоких частотах. Из полученной частотной зависимости может быть найдена частота , на которой и падение напряжения на сопротивлении нагрузки уменьшается в =1.41- раза по сравнению с его значением на низких частотах, например, на частоте 10 Гц. Частота, на которой величина постоянного напряжения уменьшается в указанное число раз, называется частотой среза - . Из значе­ния частоты среза определяют время релаксации заряда в p-n переходе:

. (6)

С другой стороны, время перезарядки емкости p-n перехода через его дифференциальное сопротивление может быть найдено из выражения:

. (6.1)

Следовательно, если известны значения емкости и дифференциального сопротивления p-n перехода, то имеется возможность вычисления времени перезарядки и сравнения теоретического и экспериментального значений этого параметра p-n перехода.

На физическом уровне время релаксации перехода равно времени жизни неравновесных носителей заряда в p-n переходе. По его величине можно определить, например, инерционность фотоприемного устройства на основе барьерной фотоэдс p-n перехода.