Зворотний струм насичення діода

Якщо на дiод з p-n-переходом подати зворотну напругу U_RD вiд зовнiшнього джерела живлення то висота потенцiального бар'єра зросте і буде дорівнювати

- = - (U0 + URD)

(3.44)

Товщина областi просторового заряду зросте. Умови рiвноваги на p-n-переходi дiода будуть порушенi. Струм дифузiї крiзь перехiд значно зменшиться, а переважати буде дрейфовий струм. Зворотний струм крізь діод за умов зворотного зміщення визначають як суму діркового та електронного струмів на границях ОПЗ :

IRD = qS .

(3.45)

Зваживши, що за умови | U_RD | > 4U_T зворотний струм насичення діода розраховують за виразом :

ISD = qS .

(3.46)

Для діода з p-n-переходом, за умов тонких нейтральних областей і зворотного зміщення переходу, зворотний струм насичення визначають за виразом :

ISD = qS .

(3.47)

Cтрум I_FD, який протікає крізь діод за напруги прямого зміщення U_FD , розраховують за виразом :

IFD = ISD .

(3.48)

За умов прямого зміщення exp >> 1, тому на практиці частіше використовують спрощену форму вольт - амперної характеристики (3.48)

IFD @ ISD exp .

(3.49)

Напруга пробою діода

Напруга пробою переходу залежить від концентрації домішки в області з меншим рівнем легування. На рис. 3.3 зображено в логарифмічному масштабі графік залежності напруги лавинного пробою від концентрації домішки в слаболегованій області для однобічного ступінчатого переходу. Для значень напруги пробою U_BR від 300 до 10 В існує лінійна залежність між lgU_BR i lgN_дом. Аналітичний запис напруги пробою для лінійного відрізка (рис. 3.3.) має такий вигляд :

U BR = ( 2,3.1012 ) (N)-0,66,

(3.50)

де N – концентрація домішки ат/см³.

Для плавного переходу з лінійним концентраційним профілем домішки напругу пробою визначають за формулою

UBR= ( 0.31.109 )kг- 0,4.

(3.51)

де k_г - градієнт концентрації домішки [ ат/см⁴ ].

Графік на рис. 3.3, а також формули (3.50 ) і (3.51 ) відносяться до планарних p-n-переходів (переходів створених паралельними шарами p- та n-типу). Реальні p-n-переходи, створені на основі транзисторних структур (рис. 3.2), будуть мати напругу пробою меншу, ніж у планарних структур.

Діод Шотткі

Найпростіша структура діода Шотткі (ДШ) в інтегрованій мікросхемі (ІМС) зображена на рис. 3.4. Бар’єр Шотткі створюється на межі розділювання металевого контакту 3 і напівпровідника n-типу 5. Концентрація домішок у напівпровіднику має бути N£ 5.10²³ атом/м³. Власне перехід від металевого контакту 3 до напівпровідника 5 і є інтегрованим ДШ. Для створення омічного контакту електрода 2 до низьколегованої області 5 формують перехідну область 1, а для зменшення опору пасивної області діода формують заглиблений шар 4.

Висоту потенціального бар'єра U₀ на границі між напівпровідником і металом за умов рівноваги розраховують за формулою

=

(3.52)

де і - термодинамічна робота виходу для металу і напівпровідника; U_МН – потенціальний бар’єр контакту метал – напівпровідник; E_g – ширина забороненої зони напівпровідника; q – заряд електрона; j_F – потенціал Фермі в напівпровіднику.

Величина зовнішньої роботи виходу залежить для використовуваних напівпровідників і знаходиться в межах 4 - 6 еВ (зовнішня робота виходу для силіцію - 4,15 еВ). Значення термодинамічної роботи виходу для використовуваних металів знаходиться теж у межах 4 - 6 еВ (алюміній – 4,1 еВ, молібден - 4,7 еВ, платина – 5,3 еВ, силіцид молібдену – 4,8 еВ, силіцид платини – 4,7 еВ).

Розподіл електронів у приповерхневому шарі напівпровідника визначають за формулою

,

(3.53)

де n₀ – концентрація електронів у зоні провідності за температури 300 К; U(x) – розподіл потенціалу в ОПЗ напівпровідника, , .

Заряд у приповерхневому шарі напівпровідника буде позитивним. Його визначають як різницю між зарядом іонізованих домішок і зарядом електронів n(x)

.

(3.54)