2014-02-02
1825
Обратный ток реальных диодов существенно превышает ток 
, определяемый (2.76), которые получаются без учета генерационно-рекомбинационных процессов в переходе. Это оправдывается только в случаях тонких p-n переходов, когда свободные электроны, пролетая ОПЗ, не взаимодействуют ни с чем, как в вакууме. При микроминиатюризации p-n переходов, уравнение (2.76) получает практическое значение т. к. в этом случае электроны пролетают ОПЗ как в вакууме. Вне этих пределов, составляющая обратного тока обусловлена процессом генерации электронно-дырочных пар в p-n переходе, названным током термогенерации, и его численное значение определяется из следующего соображения.
Процесс генерации и рекомбинации протекает во всех частях диода, как в ОПЗ p-n перехода, так и в n и p базах, в равновесном состоянии составляющие скорости рекомбинации и генерации равны и противоположны по направлению, поэтому результирующие потоки носителей отсутствуют. С приложением диоду обратного смещения толщина ОПЗ возрастает, и обедненный слой будет дополнительно обедняться свободными носителями заряда. Дефицит свободных носителей заряда замедлит процесс рекомбинации в p-n переходе. В результате равновесие сдвигается в сторону генерации. В результате избыточные генерируемые носители заряда будут перебрасываться полем перехода в нейтральный области. Дырки в n область, электроны в p область. Эти потоки и образуют ток термогенерации, на величину которого и будет увеличение обратного теплового тока 
. Если принять условия
|
|
|
(симметричный p-n переход), то
(2.79)
где d – ширина ОПЗ p-n перехода.
Из (2.79) видно, что составляющая обратного тока, обусловленного генерацией, будет возрастать если:1)возрастет концентрация 
, практически это достигается увеличением степени легирования n и p областей p-n перехода.2)понижение диффузии длины носителей заряда L достигается уменьшением времени жизни 
.3)с увеличением толщины p-n перехода L.4)уменьшением 
, что всегда реализуется с увеличением толщины запретной зоны 
.
Например, если для германия задаться параметрами:
то ток генерации составляет 
(
– тепловой ток).
При тех же условиях для кремния 
эВ и концентрации собственных носителей заряда 
, ток генерации 
(используется именно кремний из-за высокого пробивного напряжения). Из этого следует, что для кремния ток термогенерации 
будет основным. Составляем ВАХ
омический участок
а) прямая ветвь идеального (пунктир) и реального диода.
б) обратные ветви идеального и реального p-n перехода.
При прямом смещении концентрация свободных носителей заряда в p-n переходе увеличивается, поэтому генерационно-рекомбинационный процесс сдвигается в сторону рекомбинации и ток в прямом направлении увеличивается на некоторую величину 
(ток рекомбинации). 
– ток рекомбинации, отношение токов рекомбинации и диффузионного тока, при прямом смещении определяется из равенства:
|
|
|
(2.80)
Из (2.80) видно, что с увеличением прямого смещения относительная доля тока рекомбинирует в общем, прямом токе, быстро снижаясь. Поэтому 
оказывает существенное влияние на ВАХ только на начальном участке, когда еще существует p-n переход. Очень часто получить нужный ток, задавая напряжение, представляется затруднительным, для упрощения этой задачи (2.75) перепишем в следующем виде:
(2.81)
В случае когда выполняется неравенство: 
в (2.81) можно пренебречь единицей, и тогда
(2.82),
из анализа (2.82) следует, что величины 
и 
, находятся в обратной зависимости, т. е. чем меньше 
, тем больше 
, на диоде и наоборот. Подобная зависимость приводит к тому, что 
будет уменьшаться с увеличением площади p-n перехода. 
при неизменном токе будет уменьшаться и с повышением температуры (см. рис.)
При (2.75) мы пренебрегли падением напряжения на базах p-n перехода. Однако если базы имеют достаточно большие сопротивления, тогда падение напряжения на диоде будет выражаться уже суммой падений напряжений
(2.84)
– сопротивление базы (сопротивление p и n сумме).
Нетрудно увидеть, что первые слагаемые, определяющие падение напряжения на самом переходе зависит от тока логарифмически, а вторые линейно. Из этого также следует, что при 
высота потенциального барьера p-n перехода уменьшается практически до нуля. И тогда прямая ветвь в ВАХ описывается равенством: 
(относительно области 1).
