Главная  Носители тока 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

1. Носители, перемещающиеся из металла в полупроводник. Они всегда должны пересекать барьер одной и той же высоты о. и, следовательно, ток (-/о), связанный с ними, слабо зависит от приложенного напряжения V.

2. Носители, перемещающиеся из полупроводника в металл. Если к металлу приложено напряжение V, то высота барьера для этих носителей равна с/{]/щф-V), где Удиф - диффузионная разность потенциалов контакта. Поэтому ток, обусловленный этой группой носителей.



Рис. 6.1. Составляющие постоянных токов и щумы в диодах типа металл-полупроводник (а) и в р-п диоде, в котором почти весь ток переносится дырками (б), и их щумовая эквивалентная схема (в).

может быть записан в виде Сexpl-q(Vpф-V)/kTl где С так же слабо зависит от приложенного напряжения V, как и /о. Но известно, что полный ток / равен нулю при нулевом напряжении смещения V. При этом смещении /о=Сехр(-qVдиф/kT), и следовательно.

/=/о(1/)[ехр(с/1 ./еГ)-1].

(6.1)

При рассмотрении шума надо иметь в виду, что протекают два тока: -h и /о ехр (c/V/Г) =/-f/о, и каждый из них должен сопровождаться полным дробовым шумом. Следовательно,

5(/)=24(/-Ь/о)-Ь/о]=29(/-Ь2/о). (6.2)



Поскольку нйзкочастотнай проводимость может быть записана в виде

So=ww> (4-)=; + о). (6.3)

равенство (6.2) можно преобразовать в

Si(]) =2kTgo{I+2h)/{I+Io), (6.3а)

что соответствует полному тепловому шуму при 7=0 и половине теплового шума при 77о. Это важно для понимания шумовых характеристик твердотельных диодных смесителей.

Так как прохождение носителей через барьер являет- ся очень быстрым процессом, влияния времени переноса следует ожидать лишь на весьма высоких частотах. К сожалению, задача о влиянии времени переноса еще не решена.

В диоде с р-п переходом протекание тока через барьер обусловлено неосновными носителями. Если р-область имеет существенно большую проводимость, чем -область, то практически весь ток переносится дырками. В таких диодах необходимо рассматривать три класса дырок (рис. 6.1,6) [72]:

1. Дырки, инжектированные из р-области в -область и либо рекомбинирующие там, либо достигающие омического контакта. Эти носители должны пересекать потенциальный барьер высотой (Кдиф-У), где У-приложенное напряжение, а Удиф - диффузионная разность потенциалов перехода. Поэтому ток, обусловленный этой группой дырок, доляен быть равен Сехр[-(Удиф- -V)fkT], где С - некоторая постоянная.

2. Дырки, генерируемые в -области и попадающие в р-область. Так как эти носители падают с потенциального барьера, связанный с ними ток (-7о) не зависит от V.

3. Дырки, инжектированные в -область и возвращающиеся в р-область, прежде чем они рекомбинируют или попадут на омический контакт. Они не дают вклада в постоянный ток, но, как мы увидим далее, способствуют появлению высокочастотной проводимости диода.

Как уже отмечалось, полный ток 7 = 0 при У=0. Следовательно, 7о=Сехр(-Удиф/Т ) и

expl



Это равенство остается справедливым, если часть тока переносится электронами.

Низкочастотная проводимость диода go равна

о = =# ехр 1=(7+/ ). (6.5)

На высоких частотах полная проводимость диода Y=g+jb становится комплексной, и высокочастотная активная проводимость увеличивается с ростом частоты. Более подробное решение задачи о диффузии показывает, что в длинном диоде (т. е. в диоде, в котором неосновные носители практически не достигают омических контактов,

y=g + j6 = g (l+>,p) 2. (6.6)

Здесь Тр - время жизни дырок в п-области.

Рассмотрим происхождение такой частотной зависимости У. Импульсы тока, обусловленные носителями групп 1 и 2, весьма коротки, и поэтому модуляция их числа приложенным напряжением не может вызывать такой частотной зависимости Y. Это означает, что часть полной высокочастотной проводимости Y-go должна быть отнесена за счет дырок группы 3. Она получается из-за того, что им-пульсы тока, вызванные дырками группы 3, состоят из двух коротких всплесков противоположной полярности, разделенных случайным интервалом задержки т, соответствующим времени, в течение которого дырка находится в п-области. Поэтому модуляция числа дырок этой группы приложенным напряжением дает вклад Y-go в полную высокочастотную проводимость.

Обратимся теперь к шуму. На относительно низких частотах он должен быть полным дробовым шумом токов f+fo за счет дырок группы 1, и -/о из-за дырок группы 2, так что

Siif) =29{(/-Ь/о) +Io]2q{I+2Io). (6.7)

> Такие диоды еще называют диодами с толстой базой. Если в базе имеется тормозящее поле, то такие диоды называют диодами с накоплением заряда [124]. Именно в диодах с накоплением заряда наиболее сильно проявляется роль дырок группы 3. (Прим. ред.)




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74