Laboratorium Elektroniki cz I 6

' ^ u n

exp

-1

l<Pr j

(1.1)

będące wyrażeniem łączącym natężenie prądu I płynącego przez złącze z napięciem U polaryzującym je. Prąd l_s jest prądem nasycenia tego złącza:

gdzie: q - ładunek elementarny;

nj - koncentracja nośników samoistnych materiału półprzewodnikowego dio

dy;

S - powierzchnia złącza;

N_a - koncentracja domieszki akceptorowej po stronie typu p złącza;

Nd - koncentracja domieszki donorowej po stronie typu n złącza;

Dp.n - współczynniki dyfuzji nośników mniejszościowych;

t_{Pi n} - czasy życia nośników mniejszościowych, natomiast <pr jest potencjałem elektrokinetycznym (cp_T = k T q*¹). Jak widać, wartość prądu nasycenia diody zależy od powierzchni złącza oraz od właściwości obszarów typu p i n. Charakterystykę diody idealnej przedstawiono na rys. 1.1. W przypadku polaryzacji diody w kierunku przewodzenia bardzo prędko natężenie prądu wzrasta wykładniczo („1” we wzorze (1.1) staje się pomijalne), natomiast przy polaryzacji w kierunku zaporowym natężenie prądu przyjmuje wartość stałą, równą prądowi nasycenia: I = - ls. Tylko dla małych napięć polaryzujących, rzędu kilkudziesięciu mV (<pr « 26 mV dla T = 300 K) należy uwzględniać pełną postać zależności (1.1). W celu zwiększenia dokładności równania Shockleya należy uwzględnić różne czynniki pominięte w modelu idealnym, a oddziaływające na złącze rzeczywiste. I tak, przy polaryzacji w kierunku zaporowym należy uwzględnić prąd generacji l_g par elektron-dziura w obszarze warstwy zaporowej złącza (1.3), który to prąd zależy przede wszystkim od koncentracji nośników samoistnych nj, a więc od rodzaju materiału półprzewodnikowego

(¹ -³)

gdzie: l_d - grubość warstwy zaporowej.

Ponieważ wartość tego prądu dodaje się bezpośrednio do dyfuzyjnego prądu nasycenia l_Sl to całkowitą wartość natężenia prądu przedstawia wyrażenie (1.4):

I = -d_s + I_g) (1.4)

Dla germanu wartość prądu generacji jest pomijalnie mała wobec prądu nasycenia (l_g= 0,1 ls), natomiast dla krzemu (l_g = 3000 ls) i arsenku galu prąd ten jest znacznie większy od prądu nasycenia i nie można go pomijać (rys. 1.2).

Przy polaryzacji w kierunku zaporowym należy też brać pod uwagę prąd upływu wynikający z niedoskonałej izolacji złącza oraz stanu jego powierzchni.

Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia bardzo istotne okazuje się zjawisko rekombinacji par elektron-dziura w obszarze złącza p-n, co prowadzi do pojawienia się składowej rekombinacyjnej I, w prądzie płynącym przez złącze (1.5).

^{I = I}r ^{+ I}S'	(	V	>
^{I = I}r ^{+ I}S'	exp		-1
			4

Rys. 1.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody idealnej (1) i rzeczywistej (2)

(1.5)