TIẾP GIÁP PN - DIODE BÁN DẪN - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.pdf) (42 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Giáo Dục - Đào Tạo
>>
3. Cao đẳng - Đại học

TIẾP GIÁP PN - DIODE BÁN DẪN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.54 MB, 42 trang )

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 15CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN - DIODE BÁN DẪN Trước tiên, nội dung của chương 2 sẽ giới thiệu về tiếp giáp pn. Tiếp giáp pn là phần tử chính của các cấu kiện bán dẫn và nếu chỉ xét một tiếp giáp pn thì được gọi là diode tiếp giáp, một cấu kiện rất quan trọng trong điện tử. Tuy nhiên, có lẽ đáng kể hơn, tiếp giáp pn hiện nay có thể vẫn là phần cơ bản của hầu hết các dụng cụ bán dẫn khác nhau và cả các mạch vi điện tử, nên cần phải hiểu về tiếp giáp pn trước khi khảo sát các cấu kiện bán dẫn khác ở các chương tiếp theo. Cấu kiện điện tử đơn giản nhất được gọi là diode. Diode bán dẫn được kết hợp bằng hai vật liệu khác loại được gắn kết với nhau theo kiểu sao cho điện tích dễ dàng chảy theo một chiều nhưng sẽ bị ngăn cản theo chiều ngược lại. Diode đã được phát minh bởi Henry Dunwoody vào năm 1906 khi ông đặt một mẫu carborundum vào giữa hai vòng kẹp bằng đồng vào lò điện. Sau đó một vài năm, Greeleaf Pickard đã phát minh bộ tách sóng vô tuyến tinh. Các nghiên cứu khác nhau được diễn ra trong khoảng thời gian từ 1906 đến 1940 đã cho thấy rằng silicon và germanium là những loại vật liệu rất tốt dùng để chế tạo các diode bán dẫn. Nhiều vấn đề khó khăn đã được khắc phục về cấu trúc và công nghệ chế tạo các diode. Cho đến những năm giữa thập niên 1950, các nhà chế tạo đã giải quyết được vấn đề khó khăn nhất. Trong thời kỳ bùng nổ về công nghệ những năm cuối thập niên1950 và đầu thập niên 1960, công nghệ bán dẫn đã đạt được thành tựu lớn đáng chú ý, do nhu cầu phải có các cấu kiện điện tử trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, và tiêu thụ mức nguồn thấp dùng cho việc phát triển tên lửa liên lục địa và các tàu vũ trụ. Nhiệm vụ quan trọng đã được đặt ra trong việc chế tạo các cấu kiện bán dẫn để có thể nhận được độ tin cậy cao trong các ứng dụng mà trong đó không thể thực hiện việc bảo dưỡng. Kết quả là đã phát triển cấu kiện bán dẫn rẽ hơn và độ tin cậy cao hơn so với các đèn chân không. Nội dung cơ bản của chương sẽ giới thiệu nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của diode bán dẫn, loại cấu kiện hai điện cực, kích thước nhỏ, không tuyến tính (nghĩa là khi áp đặt tổng hai mức điện áp sẽ tạo ra mức dòng điện không bằng tổng của hai mức dòng riêng tạo thành). Diode hoạt động tùy thuộc vào cực tính của điện áp đặt vào. Đặc tuyến không tuyến tính của diode là lý do diode có trong nhiều mạch điện tử ứng dụng. Tiếp theo sẽ phân tích và khảo sát mạch tương đương của diode tiếp giáp silicon, giải thích một số ứng dụng quan trọng của diode. Diode zener cũng được giới thiệu và khảo sát việc sử dụng diode zener để điều hòa điện áp, cũng như cách thiết kế mạch diode zener. Giới thiệu một số loại diode chuyên dụng khác như diode Schottky, diode biến dung, diode phát quang [light-emitting diode LED], và photodiode. 2.1 TIẾP GIÁP PN Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 16Ở chương 1, cả hai loại vật liệu bán dẫn tạp n và p đã được xem xét. Tiếp giáp pn hay diode tiếp giáp được tạo thành bằng cách ghép nối đơn giản hai loại vật liệu bán dẫn tạp dạng n và p với nhau (cấu trúc dựa trên cùng một loại bán dẫn Si hoặc Ge), như mô tả ở hình 2.1a. Trong thực tế, diode có thể được chế tạo bằng cách: Trước tiên, người ta lấy một mẫu bán dẫn tạp dạng n có nồng độ pha tạp ND và tiến hành biến đổi chọn lọc một phần mẫu n thành vật liệu bán dẫn p nhờ bổ sung các tạp chất acceptor có nồng độ NA > ND. Vùng bán dẫn tạp dạng p được gọi là anode còn vùng n được gọi là cathode của diode. Ký hiệu mạch của diode như ở hình 2.1c. Tiếp giáp pn là bộ phận cơ bản của tất cả các cấu kiện bán dẫn và các vi mạch điện tử (IC). Để đơn giản, với giả thiết không có các thế hiệu ngoài đặt vào mẫu tinh thể, và mật độ hạt tải điện chỉ phụ thuộc vào phương x, ta có thể xét một diode tiếp giáp pn, tương tự như hình 2.1, ở vùng vật liệu bán dẫn tạp dạng - p có NA = 1017 (nguyên tử /cm3) và ND = 1016 (nguyên tử/cm3) ở vùng vật liệu n. Như vậy, các nồng độ điện tử và lỗ trống ở hai phía của tiếp giáp sẽ là: Vùng bán dẫn tạp p có pp = 1017 (lỗ trống/cm3) và np ≈ 103 (điện tử/cm3) Vùng bán dẫn tạp n có pn ≈ 104 (lỗ trống/cm3) và nn = 1016 (điện tử/cm3) Với các nồng độ pha tạp trên, ta có thể vẽ giản đồ biểu diễn nồng độ theo thang loga như hình 2.2a, ở phía bán dẫn p của tiếp giáp có nồng độ lỗ trống rất lớn, ngược lại ở phía bán dẫn n có nồng độ lỗ trống nhỏ hơn rất nhiều. Cũng vậy, nồng độ điện tử rất lớn ở phía bán dẫn n và nồng độ điện tử rất nhỏ ở phía bán dẫn p. Do có sự chênh lệch về nồng độ ở hai phía của tiếp giáp nên sẽ có sự khuyếch tán xảy ra qua tiếp giáp pn. Các lỗ trống sẽ khuyếch tán từ vùng có nồng độ cao ở phía bán dẫn p sang vùng có nồng độ thấp ở phía bán dẫn n, còn các điện tử sẽ khuyếch tán từ phía bán dẫn n sang phía bán dẫn p như ở hình 2.2b, và c. Từ phương trình (1.17), mật độ dòng khuyếch tán của điện tử và lỗ trống có thêm chỉ số 0 ở nồng độ điện tử và lỗ trống để chỉ rõ là xét ở trạng thái cân bằng: dxdpJdxdnJ0nkh.taïnp0nkh.taïnnqDqD−== (2.1) CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 17Thông thường, nếu quá trình khuyếch tán là liên tục và không suy giảm, thì sẽ dẫn đến sự đồng nhất về nồng độ của các điện tử và lỗ trống trong toàn bộ vùng bán dẫn và sẽ không tồn tại tiếp giáp pn. Nhưng do sự khuyếch tán của các hạt mang điện tích, mà hình thành hai vùng điện tích trái dấu bởi các ion, nên có một quá trình bù trừ khác được thiết lập để cân bằng với dòng khuyếch tán, đó là dòng trôi, phát sinh từ vùng lân cận lớp tiếp giáp như mô tả ở hình 2.3. Khi các lỗ trống di chuyển ra khỏi vùng vật liệu bán dẫn p sẽ để lại các ion của nguyên tử acceptor mang điện tích âm, không di chuyển. Tương tự, các điện tử khi di chuyển ra khỏi vùng vật liệu bán dẫn n sẽ để lại các nguyên tử donor đã bị ion hóa không di chuyển, mang điện tích dương, nghĩa là ngay lập tức sẽ hình thành một vùng điện tích trái dấu hay một lớp mõng các ion không trung hoà, xung quanh tiếp giáp, vì rất ít các hạt tải điện tự do trong vùng này, nên được gọi là vùng điện tích không gian [SCR] hay gọi đơn giản là vùng nghèo. Hình 2.4a, cho thấy sự phân bố điện tích ở tiếp giáp. Mật độ điện tích trong vùng điện tích không gian sẽ bằng tích của nồng độ tạp chất và điện tích của mỗi ion. Sự trung hoà về điện tích ở hai phía tiếp giáp pn đòi hỏi diện tích của hai hình chữ nhật phải bằng nhau. Với các mức pha tạp đã cho ở trên, do acceptor có mật độ cao hơn, nên lớp điện tích không gian âm mõng hơn so với vùng điện tích không gian dương. Theo lý thuyết trường điện từ, từ sự phân bố điện tích không gian, Q (C/cm3), ta có thể suy ra sự phân bố điện trường (V/cm) qua định luật Gauss theo một hướng: sQxEε=∂∂ (2.2) trong đó: Q là mật độ điện tích không gian, và os, ε=ε811 là hằng số điện môi của chất bán dẫn, với F/cm1085,814−×=oε là hằng số điện môi của không khí. Tại vùng trung hoà hay tựa trung hoà [QNR] về điện tích ở phía bán dẫn p, điện trường bằng 0 khipxx−=, nên tính tích phân phương trình (2.2) theo vùng điện tích không gian có mật độ điện tích AqNQ −=: 0.x )x(qppsAxpxs<<−+ε−=ε=∫−xxNdxQE (2.3) Ở phía bán dẫn n, điện trường E phải bằng 0 tại điểm bắt đầu của vùng trung hoà:nx=x CU KIN IN T BIấN SON DQB, B/M TVT-HKT CHNG 2: TIP GIP PN & DIODE BN DN 18.x0 )x(qqnnsDxnxsD<<==xxNdxNE (2.4) T (2.3) & (2.4) ta thy rng, cng in trng ti im tip giỏp (x = 0) phi cú giỏ tr ln nht nờn c v nh hỡnh 2.4b,. in trng phi liờn tc ti x = 0, nờn ta cú: nDpAxx NN = (2.5) Phng trỡnh (2.5) chng t rng, vựng in tớch khụng gian s m rng v phớa cú mc pha tp loóng hn. in trng c hỡnh thnh do vựng in tớch khụng gian s "quột" cỏc ht ti in ra khi vựng in tớch khụng gian, kt qu l cú mt dũng trụi ca in t v l trng, t phng trỡnh (1.12) v (1.13): EpJ EnJp0trọipn0trọinq;qàà== (2.6) Ngoi ra, ti x = 0, in trng E cú giỏ tr õm (in trng E ngc chiu vi chiu tng ca x), nờn dũng trụi ca cỏc in t cú chiu t phớa bỏn dn p sang phớa bỏn dn n (tc l dũng cỏc ht ti in thiu s), nhng dũng khuych tỏn ca cỏc in t l t phớa bỏn dn n sang phớa bỏn dn p (dũng cỏc ht ti in a s), do vy, trong mt tip giỏp pn, cú hai thnh phn dũng l mt dũng in t khuych tỏn v trụi luụn luụn ngc chiu nhau. Cú th xột tng t i vi dũng khuych tỏn v trụi ca cỏc l trng. trng thỏi cõn bng (tc trng thỏi khụng cú in th ngoi t vo tip giỏp, khụng cú dũng chy thc qua tip giỏp), dũng khuych tỏn s cõn bng vi dũng trụi. iu ny cú ngha l rng ca lp in tớch khụng gian s n nh ti mt giỏ tr no ú m mi in t khuych tỏn n vựng bỏn dn p di nh hng ca gradient nng cao ca in t s c cõn bng bi mt in t i vo vựng in tớch khụng gian t vựng p c quột bi in trng sang phớa bỏn dn n, tc l: 0qqDn00ntrọinkh.taùnnn=à+=+= EndxdnJJJ (2.7) Cú th lp lun tng t ỏp dng cho cỏc l trng cú Jp. Trong phm vi vựng in tớch khụng gian, mt s lng ln cỏc ht ti di dng chuyn ng. S phõn b ht ti l dũng khuych tỏn cao s trit tiờu ngay dũng trụi cao c to ra bi in trng thit lp ti thi im cõn bng. S cõn bng ca cỏc dũng trụi v khuych tỏn cú th b xỏo trn khi ỏp t in th ngoi vo tip giỏp.Thc t cho thy rng cỏc trng thỏi nng lng ca dói dn (v dói hoỏ tr) cú giỏ tr cao hn vt liu bỏn dn p so vi cỏc trng thỏi nng lng vt liu bỏn dn n. Nng lng trung bỡnh ca cỏc in t t do vựng p l gn vi dói hoỏ tr hn do cỏc trng thỏi acceptor, ngc li vt liu bỏn dn n nng lng trung bỡnh ca cỏc in t t do l gn vi dói dn hn do cú nhiu in t cỏc trng thỏi donor. Tuy nhiờn, cú s cõn bng khi tip xỳc hai vựng, thỡ nng lng trung bỡnh ca in t phi ng nht, núi cỏch khỏc xut hin s chuyn tip nng lng. Cỏc mc nng lng cao hn ca dói dn v dói hoỏ tr phớa bỏn dn p ca tip giỏp tng ng vi mt th hiu tip xỳc [contact potential] B, tn ti ngang qua vựng nghốo. V bn cht, th tip xỳc tng ng vi ro th m mt in t phi vt qua khuych tỏn ngang qua tip giỏp. S bin i th hiu ngang qua vựng in tớch khụng gian cú th tớnh bng cỏch ly tớch phõn in trng, =EdxV. Da vo hỡnh 2.4c. S dng giỏ tr in trng cỏc phng trỡnh (2.3) v (2.4), ta cú: )xx(2q )(xq )x(q2nD2pAsnx0nsD0pxpsAnxpxNNdxxNdxxNEdxV +=++== (2.8) trng thỏi cõn bng, õy chớnh l th tip xỳc B [Built-in potential] (hay cũn gi l j). CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 19Trong thực tế, để xác định giá trị của Bφ ở trạng thái cân bằng, dòng trôi sẽ bằng về độ lớn nhưng ngược chiều với dòng khuyếch tán. Từ phương trình (2.7), ta có thể cân bằng các thành phần dòng điện tử: Endxdnn00nqqDµ−= (2.9) trong đó: n0 là nồng độ của điện tử trong vùng điện tích không gian ở điều kiện cân bằng. Kết hợp với hệ thức Einstein (phương trình 1.19), ta có: EdxndnV −=00T (2.10) Lấy tích phân ngang qua vùng điện tích không gian, ta có: ∫∫−−=nxpxnopo00TEdxndnVnn (2.11) trong đó: nno là nồng độ điện tử ở điều kiện cân bằng ở phía bán dẫn n, và npo là nồng độ điện tử cân bằng ở phía bán dẫn p. Số hạng tích phân phía trái chính là thế tiếp xúc Bφ, vậy ta có: ponoTBlnnnV=φ (2.12) Vì A2ipoDno/ vaìNnnNn ==, nên phương trình (2.12), có thể được viết như sau: 2iADTBlnnNNV=φ (2.13) Vậy thế tiếp xúc chỉ liên quan với các mức pha tạp và nhiệt độ của tiếp giáp (vì ni phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ). Tóm lại, thế tiếp xúc là rào thế tiếp xúc cần thiết để duy trì trạng thái cân bằng của tiếp giáp pn. Ta không thể đo được thế tiếp xúc bằng một voltmeter, nhưng vẫn có sự thiết lập các mức thế tiếp xúc khi chế tạo tiếp giáp bán dẫn. Bằng cách kết hợp các phương trình (2.6) và (2.8), ta có thể xác định độ rộng của các lớp điện tích không gian: 1/2A2DDBsn0 2⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+φε=NNNqx và 1/2D2AABsp0 2⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+φε=NNNqx (2.14) Tổng độ rộng vùng điện tích không gian của tiếp giáp pn ở trạng thái cân bằng: 1/2DADABsp0n0d0q)( 2⎥⎦⎤⎢⎣⎡+φε=+=NNNNxxx (2.15) Điện trường tại tâm tiếp giáp pn ở trạng thái cân bằng: 1/2DAsDAB0)(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡+εφ=NNNNqE (2.16) Ví dụ 2.1: Một tiếp giáp pn được chế tạo bằng cách pha tạp vào mẫu tinh thể Si có: N N33donor/cm nguyãn tæívaìmacceptor/c nguyãn tæí16D17A1010==, tại nhiệt độ T = 300K. Tính thế tiếp xúc của tiếp giáp và độ dày của lớp điện tích không gian xp và xn. Giải: 3/cmâiãûn tæí ,n ;,o109i141010766F/cm10858≈×=×=−ε. Suy ra: F/cm10041)10858)(811(8111214oS−−×=×=×=,,,,εε Tại 300oK, ta có 0,025VkT/qT≅=V. Vì vậy từ phương trình (2.13), V)/cm(10)/cm(10 )/cm(10ln V)(0,025ln 3203163172iDATB7480, =⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=nNNVφ. Thay giá trị của thế tiếp xúc vào phương trình (2.14), CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 20cm 100)10)(1010(1,6)(0,748V)102(1,0431/215161912−−−×=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+××= 0297p,x cm1003DApn−×== 297,xNNx Từ phương trình (2.14), có thể có ba loại tiếp giáp pn được chế tạo theo kiểu pha tạp khác nhau, với mật độ điện tích biểu diễn như ở hình 2.5: - Tiếp giáp đối xứng: n0p0DAxxNN =⇒= . - Tiếp giáp bất đối xứng: n0p0DAxxNN <⇒>. - Tiếp giáp bất đối xứng lớn, tức là tiếp giáp p+n: D1/2DJsd0n0p0DA1q2NNxxxNN ∝⎥⎦⎤⎢⎣⎡φ≈≈<<⇒>>ε (2.17) D1/2sDJ02qNNE ∝⎥⎦⎤⎢⎣⎡εφ≈ (2.18) Phía bán dẫn được pha tạp loãng sẽ quyết định các đặc tính tĩnh điện của tiếp giáp pn. Giá trị thế tiếp xúc tồn tại khi có tiếp giáp pn như đã xét ở trên, nhưng trong thực tế không thể đo được bằng voltmeter do các thành phần thế tiếp xúc tại các tiếp giáp bán dẫn - kim loại. Các tiếp xúc bán dẫn - kim loại là các tiếp giáp của các vật liệu không đồng nhất, nên sẽ có các thành phần thế tiếp xúc là: mpmn,φφ được xác định như ở hình 2.6. Do sự chênh lệch điện thế ngang qua cấu trúc của diode phải bằng 0, nên trong thực tế không thể đo được thành phần thế tiếp giáp Bφ trên hai đầu của diode bằng voltmeter !. mpmnBφ+φ=φ (2.19) CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 212.2 TIẾP GIÁP PN Ở TRẠNG THÁI PHÂN CỰC. Trong các mạch điện tử, phân cực là đặt cưỡng bức nguồn một chiều (dc) lên cấu kiện bán dẫn bằng nguồn ngoài (VD). Nếu nguồn điện áp với đầu dương của nguồn nối về phía anode và đầu âm nối về phía cathode của diode thì gọi là phân cực thuận, (tức VD > 0), nếu đảo ngược nguồn áp thì gọi là phân cực nghịch (VD < 0). Hình 2.7, cho thấy mạch của diode tiếp giáp pn khi được phân cực thuận. Với sụt áp ở các vùng trung hoà và tiếp giáp kim loại bán dẫn không đáng kể, điện áp VD sẽ tạo ra điện trường chủ yếu đặt vào vùng điện tích không gian có chiều ngược lại với điện trường tiếp xúc nếu được phân cực thuận, nên sẽ làm suy giảm điện trường tiếp xúc một cách hiệu quả. Điện thế tiếp xúc sẽ giảm xuống (hình 2.8). Tương tự đối với trường hợp phân cực ngược hiệu thế tiếp xúc sẽ tăng lên. Vậy chênh lệch thế hiệu qua tiếp giáp (còn gọi là rào thế [potential "barrier"]) sẽ là: - Ở trạng thái cân bằng là: Bφ - Ở trạng thái phân cực thuận: BDBφ<−φ V - Ở trạng thái phân cực ngược: 0)(vç DBDB<φ>−φ VV Các đặc trưng tĩnh điện của vùng nghèo của tiếp giáp pn ở trạng thái phân cực có thể mô tả như ở hình 2.9. Khi phân cực thuận: thế tiếp xúc giảm, tức E giảm nên sẽ làm cho độ rộng vùng nghèo dx hẹp lại. Khi phân cực ngược: thế tiếp xúc tăng lên, tức E tăng nên sẽ làm cho độ rộng vùng nghèo dx tăng lên. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 22Hai vùng điện tích của vùng nghèo bị điều biến để điều chỉnh thế hiệu đặt trên tiếp giáp. Vì vậy, các đặc trưng tĩnh điện của vùng nghèo khi phân cực tương tự như các đặc trưng tĩnh điện của vùng nghèo ở trạng thái cân bằng nếu thay thế Bφbằng DBV−φ. Suy ra: 1/2DDAADBsDn) q()(2 )(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−φε=NNNNVVx 1/2ADADDBsDp) q()(2 )(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−φε=NNNNVVx (2.20) 1/2DADADBsDdq))((2 )(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−φε=NNNNVVx (2.21) 1/2DAsDADBD)()2q( )(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+ε−φ=NNNNVVE (2.22) Hoặc có thể viết dưới dạng: BDn0Dn1 )(φ−=VxVx BDp0Dp1 )(φ−=VxVx (2.23) BDd0Dd1 )(φ−=VxVx (2.24) CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 23BD0D1 )(φ−=VEVE (2.25) trong đó: 0d0p0n0;&;;Exxx là các đại lượng tương ứng ở trạng thái cân bằng. Ở tiếp giáp pn bất đối xứng lớn, nghĩa là được pha tạp với nồng độ ở hai phía tiếp giáp lớn, ví dụ NA >> ND, xấp xỉ các biểu thức của độ rộng vùng nghèo phía bán dẫn n, xn; độ rộng vùng nghèo phía bán dẫn p tức xp, độ rộng vùng nghèo tổng xd, điện trường E, và thế tiếp xúc Bφ, ta thấy rằng tất cả các thay đổi xảy ra ở phía pha tạp thấp nhất (hình 2.10). 2.3 PHƯƠNG TRÌNH DIODE VÀ ĐẶC TUYẾN I - V CỦA DIODE. Như đã xét ở trên, bằng việc áp đặt điện áp phân cực cho tiếp giáp pn làm cho vùng nghèo sẽ rộng ra hay co hẹp lại, và cho dòng điện chỉnh lưu, ngoài ra cũng có sự lưu trữ điện tích của hạt tải điện. Đối với nồng độ hạt tải, ở trạng thái cân bằng nhiệt, có sự cân bằng động giữa dòng trôi và dòng khuyếch tán của điện tử và lỗ trống: kh.taïnträiJJ =. Nếu xét nồng độ hạt tải điện trong tiếp giáp pn khi được phân cực ta thấy rằng: khi phân cực thuận 0)(D>V, rào thế tiếp giáp sẽ giảm,↓−φ)(DBV, nên sẽ làm cho điện trường qua vùng nghèo giảm, ↓SCRE, và dòng trôi giảm xuống,↓träiJ. Sự cân bằng giữa hai thành phần dòng qua vùng nghèo đã bị phá vỡ, tức là: kh.taïnträiJJ <, như mô tả ở hình 2.11. Dòng khuyếch tán thực chảy qua vùng nghèo làm cho các hạt tải điện "thiểu số" phóng thích vào hai vùng trung hoà, nên có sự vượt trội nồng độ hạt tải điện thiểu số ở hai vùng trung hoà. Vậy một lượng lớn hạt tải điện đa số khuyếch tán vào hai vùng trung hoà có thể tạo ra dòng điện lớn chảy qua tiếp giáp. Mặt khác, khi phân cực ngược)0(<DV, rào thế tiếp giáp sẽ tăng,↑−φ)(DBV, nên sẽ làm cho điện trường qua vùng nghèo tăng, ↑SCRE, và dòng trôi tăng lên,↑träiJ. Sự cân bằng giữa hai thành phần dòng qua vùng nghèo đã bị phá vỡ, tức là: kh.taïnträiJJ > như ở hình 2.12. Dòng trôi thực chảy qua vùng nghèo làm cho các hạt tải điện thiểu số bị rút ra khỏi hai vùng trung hoà, nên có sự sụt giảm nồng độ hạt tải điện thiểu số trong hai vùng trung hoà. Có rất ít hạt tải điện thiểu số vào hai vùng trung hoà nên chi cho một dòng điện nhỏ. Do đó, khi phân cực thuận cho diode tiếp giáp pn thì các hạt tải điện thiểu số phóng thích sẽ khuyếch tán qua vùng trung hoà, tạo ra sự tái hợp tại bề mặt bán dẫn. Khi phân cực ngược, các CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 24hạt tải điện thiểu số rút ra khỏi vùng nghèo, tạo ra sự tái sinh tại bề mặt và khuyếch tán qua vùng trung hoà.Vậy khi phân cực thuận sẽ có dòng điên lớn do khuyếch tán các hạt tải điện đa số; còn khi phân cực ngược sẽ có dòng trôi nhỏ do các hạt tải điện thiểu số như thể hiện ở hình 2.13. Để có độ lớn của dòng điện chảy qua diode, cần phải tính nồng độ các hạt tải điện thiểu số tại hai biên vùng nghèo là p(xn) và n(- xp), và tính dòng khuyếch tán của các hạt tải điện thiểu số trong mỗi vùng trung hoà là In và Ip, sau đó tính tổng dòng khuyếch tán của điện tử và lỗ trống, pnIII +=. Từ quan hệ giữa thế hiệu và nồng độ hạt tải điện tại các điểm theo phương x, ta có tỷ số nồng độ điện tử và lỗ trống tại hai biên của vùng nghèo ở trạng thái phân cực, tức trạng thái tương ứng với taïnkh.träiJJ ≠: kT)q(expkT)]x(-)(xq[exp)x()(xDBpnpnVnn −φ=−φφ≈− và tỷ số nồng độ lỗ trống tại hai biên vùng nghèo khi phân cực cho tiếp giáp: kT)q(expkT)]x(-)(xq[exp)x()(xDBpnpnVpp −φ−=−φφ−≈− Nhưng nồng độ điện tử và lỗ trống ngay tại hai biên xấp xỉ bằng nồng độ pha tạp, được gọi là xấp xỉ phóng thích mức thấp: Dn)(xNn ≈và Ap)x(Np ≈−, nên ta có: kT)q(exp)x(BDDpφ−≈−VNn (2.29) và: kT)q(exp)(xBDAnφ−≈VNp (2.30) Với giá trị thế tiếp xúc là: 2iADBnlnqkTNN=φ thay vào phương trình )(-xpnvà)(xnp, sẽ nhận được nồng độ hạt tải điện thiểu số tại hai biên CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 25của vùng nghèo là: kTqexpn)x(DA2ipVNn ≈− (2.31) và: kTqexpn)(xDD2inVNp ≈ (2.32) Vậy nồng độ hạt tải điện thiểu số khuyếch tán ngay tại hai biên của vùng nghèo tuỳ thuộc vào điện áp phân cực, tức là: - Ở trạng thái cân bằng 0)(D=V, ta có: A2ipn)x(Nn =− ; D2inn)(xNp = như đã biết ở trên. - Ở trạng thái phân cực thuận 0)(D>V; ngay tại giá trị rất nhỏ0,1V)(D=V, tại nhiệt độ phòng: A2ipn)x(Nn >>−; D2inn)(xNp >> Có một số lượng lớn các hạt tải điện được phóng thích: Vậy khi điện áp phân cực tăng lên sẽ cho nồng độ hạt tải điện phóng thích lớn, nên dòng thuận lớn. - Ở trạng thái phân cực ngược 0)(D<V, thì: A2ipn)x(Nn <<−; D2inn)(xNp << Có rất ít hạt tải điện trích ra khỏi vùng nghèo, cho dòng ngược nhỏ. Do có sự giới hạn độ sụt giảm nồng độ hạt tải điện thiểu số thấp, nên khi phân cực ngược, có dòng ngược chảy qua tiếp giáp rất bé, gần bằng 0, nên có sự bão hoà ở dòng ngược. Như vậy, đặc tính chỉnh lưu của diode tiếp giáp pn đã được xác định từ các điều kiện biên của hạt tải điện thiểu số tại hai biên của vùng nghèo. Tiếp theo là cần phải xác định dòng khuyếch tán của các hạt tải điện trong hai vùng trung hoà. Do sự khuyếch tán của các điện tử trong vùng trung hoà phía bán dẫn - p, chuyển đến và tái hợp với tốc độ không đổi, mật độ dòng điện tử nJ không đổi nên nồng độ điện tử n(x) là tuyến tính như được biểu diễn ở hình 2.14. Với các điều kiện biên tại vị trí)W(p−là độ rộng vùng trung hoà của bán dẫn - p, ta có: A2i0pn)W(Nnxn ==−= và: kTqexpn)x(DA2ipVNn =− Phương trình biểu diễn nồng độ điện tử tại điểm x trong vùng trung hoà phía bán dẫn - p: )x(Wx-)(-W-)x(-)x (-)(pppppppppp+++= xnnnxn (2.33) Mật độ dòng điện tử: CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 26ppA2iDA2inppppppnnnxWnkTqexpnqDxW)W()x(qDqD−−=−−−−==NVNnndxdnJ 1)kTq(expxWDnqDppnA2in−−×=VNJ (2.34) Tương tự, biểu diễn dòng lỗ trống trong vùng trung hoà ở phía bán dẫn - n như ở hình 2.15: Mật độ dòng lỗ trống: 1)kTq(expxWDnqDnnpD2ip−−×=VNJ (2.35) Tổng cả hai thành phần dòng điện tử và lỗ trống khuyếch tán trong vùng trung hoà sẽ là, 1)kTq(expxWD1xWD1qnDnnpDppnA2ipn−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−×+−×=+=VNNJJJ (2.36) Dòng điện chảy qua tiếp giáp pn với tiết diện A sẽ là: 1)kTq(expxWD1xWD1nqDnnpDppnA2iD−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−×+−×=VNNAI (2.37) Dòng diode thường được viết dưới dạng phương trình diode: 1)V(expI1)kTq(expITDSDSD−=−=VVI (2.38) trong đó: ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−×+−×=nnpDppnA2iSxWD1xWD1qNNAnI (2.39) gọi là dòng bão hoà ngược. Vậy khi tiếp giáp pn được phân cực thuận thì mức chênh lệch điện thế ngang qua vùng nghèo sẽ giảm xuống do điện áp phân cực VD, nên sẽ tạo ra sự phóng thích hạt tải điện thiểu số vào hai vùng trung hoà. Sự khuyếch tán hạt tải điện thiểu số vào sâu trong các vùng trung hoà và tái hợp tại bề mặt của vùng trung hoà. Do được cung cấp số lượng hạt tải điện lớn cho sự phóng thích nên sẽ tạo ra dòng điện lớn tỷ lệ theo mức hàm mũ điện áp đặt vào: kTqexpDDVI ∝ Khi tiếp giáp pn được phân cực ngược thì mức chênh lệch điện thế ngang qua vùng nghèo sẽ tăng lên do điện áp phân cực VD, nên sẽ tạo ra sự rút tỉa hạt tải điện thiểu số khỏi hai vùng trung hoà. Sự khuyếch tán hạt tải điện thiểu số vào sâu trong các vùng trung hoà và phát sinh tại bề mặt của vùng trung hoà. Do được cung cấp số lượng hạt tải điện rất ít cho sự rút tỉa nên sẽ tạo ra dòng điện có giá trị bão hoà nhỏ. Từ phương trình diode (2.37), ta nhận thấy rằng: - Dòng diode tỷ lệ với nồng độ hạt tải điện thiểu số vượt trội tại hai biên của vùng điện tích không gian: 1)kTq(expnD2iD−∝VNI. Ở chế độ phân cực thuận: kTqexpnD2iDVNI ∝ , nhiều hơn hạt tải điện được phóng thích nên sẽ cho dòng điện lớn hơn chảy qua diode. Ở chế độ phân cực ngược: NI2iDn−∝, nồng độ hạt tải điện thiểu số bị suy giảm đến giá trị không đáng kể và dòng điện sẽ bão hoà. - Dòng diode cũng tỷ lệ với độ khuyếch tán:DD∝I, nên với sự khuyếch tán nhanh hơn sẽ cho dòng điện lớn hơn. - Dòng diode tỷ lệ nghịch với độ rộng vùng trung hoà QNRDW1∝I, vậy hạt tải điện khuyếch tán qua vùng trung hoà ngắn hơn sẽ cho dòng diode lớn hơn. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 27- Dòng diode cũng tỷ lệ với tiết diện của diode:AI ∝D tức là diode có tiết diện lớn hơn sẽ cho dòng chảy qua diode lớn hơn. Chú ý rằng, tại 0≠x, dòng tiếp giáp không phải hoàn toàn là dòng khuyếch tán, nhưng dòng tổng phải vẫn không đổi. Phương trình diode thường được hiệu chỉnh dưới dạng: 1)(expTDSD−=nVVII (2.40) trong đó, n là hệ số thực nghiệm, n = 1 đối với khi chỉ có dòng khuyếch tán. Nhưng khi có sự tái hợp rất lớn trong vùng nghèo (như trong silicon với các giá trị của VD thấp hơn 0,5 V), thì n có thể phải được tăng lên 2. Thực tế cũng thấy rằng n = 2 đối với phóng thích mức cao tức mật độ dòng cao. Tại các mức dòng diode vừa phải thì 21 << n. Đối với phần lớn các diode silicon, n trong khoảng từ 1,0 đến 1,1. Hình 2.16, là đặc tuyến I - V, theo phương trình diode. Bởi vì VT ≈ 26mV ở nhiệt độ phòng (300oK), dòng ID phụ thuộc giá trị VD dương trên 50mV theo dạng hàm mũ. Cũng vậy, đối với VD âm hơn - 50mV, dòng diode sẽ được bão hoà tại giá trị IS. Thang đo dòng diode âm đã được mỡ rộng để biểu diễn giá trị rất nhỏ của IS. Theo đặc tuyến I - V, cũng cần phải lưu ý rằng, trong thực tế phương trình diode sẽ trở nên không hợp lý tại giá trị VD âm đáng kể, khi đó dòng diode sẽ tăng mạnh do đánh thủng điện áp. 2.4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DIODE BÁN DẪN. a) Điện trở động của diode Giữa nồng độ hạt tải điện và thế hiệu đặt vào có quan hệ theo hàm mũ, nên có thể viết biểu thức đơn theo sự phân bố nồng độ và tính toán cho cả hai trạng thái phân cực thuận và ngược. Biểu thức sẽ đúng với điều kiện điện áp không vượt quá mức điện áp đánh thủng. Quan hệ trong trường hợp tổng quát cần phải được thể hiện theo phương trình (2.41). ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=1expDSDnkTqvIi (2.41) trong đó, iD là dòng điện trong diode (ampere); vD là chênh lệch điện thế ngang qua diode (volt); với: VT = kT/q, suy ra: ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=1expTDSDnVvIi (2.42) Nếu diode làm việc ở nhiệt độ phòng (khoảng 25oC) và chỉ ở chế độ phân cực thuận, thì số hạng đầu trong ngoặc sẽ vượt trội, nên dòng tính được gần đúng là, ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛≈TDSDexpnVvIi (2.43) Phương trình có đặc tuyến theo hình 2.17. Như đã xét ở trên, mức dòng bảo hòa ngược IS tùy thuộc vào sự pha tạp, kích thước hình học của diode, và nhiệt độ. Hằng số thực nghiệm n có thể khác nhau tùy theo các mức dòng và áp và phụ thuộc vào sự khuyếch tán, độ trôi của điện tử, và sự tái hợp của hạt tải điện trong vùng nghèo. Hằng số n sẽ đạt bằng 2 khi số lượng tái hợp điện tử - lỗ trống trong vùng nghèo tăng lên. Nếu n =1, giá trị nVT là vào khoảng 25mV tại 25oC. Khi n = 2, thì nVT sẽ là khoảng 50mV. Để tính mức dòng và áp tại điểm làm việc Q, căn cứ vào độ dốc của đặc tuyến ở hình 2.17, thay đổi theo độ biến thiên của dòng tuân theo quan hệ hàm mũ. Có thể vi phân biểu thức của phương trình (2.42) để tính độ dốc tại mức dòng iD cố định bất kỳ. Độ dốc là độ dẫn điện tương đương của cấu kiện. ( )[ ]TTDSDD/expnVnVvIdvdi= (2.44) CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 28Từ phương trình diode cơ bản (2.42), ta có: 1expSDTD+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛IinVv Thay vào phương trình độ dẫn điện (2.44), ta nhận được: TSDDDnVIidvdi+= (2.45) Điện trở động là nghịch đảo của độ dẫn điện (2.45), hay: DTSDTdinVIinVr≈+= (2.46) vì IS << iD. Mặc dù biết rằng rd thay đổi khi iD thay đổi, nhưng ta thường cho rd cố định trong khoảng làm việc quy định, tức là ta chọn một trị số trong dãi các điện trở biến thiên (tức có thể sử dụng ID thay cho iD). Sử dụng số hạng Rf để biểu thị điện trở thuận của diode, mà trong đó bao gồm rd và điện trở tiếp xúc giữa chất bán dẫn và điện cực kim loại. b) Điện áp ngưỡng. Hình 2.18, là các đặc tuyến mô tả nguyên lý hoạt động của diode silicon và germanium thông dụng trong thực tế, làm việc ở nhiệt độ phòng. Khi thang đo dòng được chọn phù hợp với dòng làm việc lớn nhất, thì mỗi diode có một mức điện áp ngưỡng Vγ khi được phân cực thuận, dưới mức điện áp ngưỡng đó dòng diode rất nhỏ, nhỏ hơn 1% giá trị dòng định mức của diode. Điện áp ngưỡng này còn gọi là điện áp dịch. Vì dòng IS của diode germanium lớn hơn nên điện áp dịch của diode germanium vào khoảng 0,2V - 0,3V, khi so sánh với điện áp dịch của diode silicon vào khoảng 0,6V - 0,7V. Trong nhiều ứng dụng thông thường, diode có thể được xem là ngưng dẫn [OFF] tại các giá trị điện áp thấp hơn điện áp ngưỡng. Khi điện áp thuận tăng dần khỏi mức 0, dòng điện sẽ không bắt đầu chảy ngay, mà lấy theo mức điện áp nhỏ nhất là Vγ (0,2V hoặc 0,7V trong hình vẽ) để có được mức dòng có thể đo được. Khi điện áp vượt quá Vγ , thì dòng tăng rất nhanh. Độ dốc của đặc tuyến là lớn, nhưng không phải vô cùng như trường hợp với diode lý tưởng (Vγ xem như bằng 0). Vậy mức điện áp nhỏ nhất cần thiết để có mức dòng có thể đo được Vγ vào khoảng 0,7V đối với diode bán dẫn silicon (tại nhiệt độ phòng), và khoảng 0,2V đối với diode bán dẫn germanium. Khi diode được phân cực ngược, sẽ có dòng điện rò nhỏ trong khoảng điện áp ngược thấp hơn so với điện áp cần để đánh thủng tiếp giáp. Dòng rò của diode germanium lớn hơn nhiều so với diode silicon hay diode gallium arsenide. Nếu mức điện áp âm trở nên đủ lớn ở vùng đánh thủng, thì một diode thông thường có thể bị phá hũy. Điện áp đánh thủng được quy định như điện áp ngược đỉnh – PIV [peak inverse voltge] trong các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Hư hỏng ở các diode thông dụng tại mức điện áp đánh thủng là do sự tăng nhanh của dòng điện tử chảy qua tiếp giáp dẫn đến quá nhiệt ở diode. Mức dòng lớn có thể làm hỏng diode nếu tích tụ CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 29nhiệt vượt quá mức cho phép. Đánh thủng do nhiệt đôi khi cũng được xem như điện áp đánh thủng diode (VBR). c) Dòng ngược của các loại diode khác nhau. Như đã nói ở trên, từ phương trình diode (2.38) ta thấy rằng: dòng bão hoà ngược phụ thuộc vào tiết diện của tiếp giáp, các hệ số khuyếch tán của hạt tải điện thiểu số, nồng độ của các hạt tải điện thiểu số ở điều kiện cân bằng, và độ dài của các vùng trung hoà hay quãng đường khuyếch tán của các hạt tải điện thiểu số, mà các thông số đó lại phụ thuộc vào nhiệt độ và các mức pha tạp. Do vậy, dòng bão hoà IS có thể có giá trị vào khoảng µA đối với các diode Germanium, và vào khoảng cỡ nA đối với các diode Silicon. Nhiều diode có dòng ngược biểu hiện tăng theo điện áp ngược không tuân theo phương trình diode, vì do dòng rò qua tiếp giáp tại bề mặt của chất bán dẫn và do khi khảo sát phương trình diode ta đã bỏ qua sự phát sinh cặp điện tử - lỗ trống do năng lượng nhiệt trong vùng điện tích không gian. Đối với các tiếp giáp silicon khi được phân cực ngược thì dòng ngược không tăng do dòng điện phát sinh do nhiệt là thành phần chủ yếu của dòng bão hoà ở nhiệt độ phòng rất thấp. Vì vậy, dòng ngược ít phụ thuộc vào điện áp ngược do vùng nghèo trở nên dày hơn tại các giá trị điện áp ngược cao hơn. d) Các ảnh hưởng do nhiệt độ và hệ số nhiệt độ của diode. Nhiệt độ có vai trò quan trọng quyết định các đặc tính làm việc của các diode. Các thay đổi về đặc tính của diode gây ra do nhiệt độ thay đổi có thể cần phải điều chỉnh về thiết kế và hoàn thiện các mạch. Hệ số nhiệt độ đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng cần phải được lưu ý. Hệ số nhiệt độ liên quan đến mức sụt áp trên diode vD. Giải phương trình diode (2.41) theo sụt áp trên diode ở điều kiện phân cực thuận (với hệ số thực nghiệm n = 1), ta có: ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛≅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=SDSDSDTDln1ln1lnIiqkTIiqkTIiVv [V] Vi phân theo nhiệt độ ta có: TVVvdTdIIVTvdTdIIqkTIiqkdTdvTGODSSTDSSSDD311ln−−=−=−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛= [V/ K] trong đó ta cho rằng: SDIi >> và IS ∝ 2in, vD là điện áp sụt trên diode; VGO là điện áp tương ứng với mức năng lượng độ rộng vùng cấm của Silicon tại 0K, (VGO = EG/ q) , và VT là áp nhiệt. CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN 30Hai số hạng sau rút ra từ sự phụ thuộc vào nhiệt độ của 2in. Giản lược các số hạng ở phương trình trên đối với diode Si, chẳng hạn có VD = 0,65V, EG = 1,12eV, và VT ≈ 0,025V ta có: 1,82mV/K300K0,075)V1,12(0,65D−=−−=dTdv (2.47) Vậy, tại nhiệt độ phòng điện áp thuận của diode biểu hiện hệ số nhiệt độ âm gần bằng -1,82 mV/0C, nghĩa là tại giá trị dòng diode ID không đổi, điện áp VD sẽ giảm vào khoảng 2mV khi nhiệt độ tăng lên 1oC ở nhiệt độ từ 25oC: C2mV/oDD−≅IdTdV (2.48) Bằng thực nghiệm, cũng có thể thấy rỏ sự ảnh hưởng của nhiệt độ trên các đặc tuyến của một diode Silicon như ở hình 2.19. Nhiệt độ cũng làm tăng mức dòng bảo hòa ngược vì dòng bão hoà ngược biến thiên theo nồng độ các hạt tải điện thiểu số, tức là thay đổi theo 2in, mà 2inlà một hàm của nhiệt độ. Đối với diode bằng bán dẫn Gemanium, dòng bão hòa ngược IS (còn gọi là dòng rò hay dòng rỉ) tăng lên gần gấp đôi cứ mỗi khi nhiệt độ tăng lên 100C, ở nhiệt độ 250C sẽ có dòng IS vào khoảng 1µA hay 2µA và có dòng rò vào khoảng 100µA = 0,1mA tại nhiệt độ làm việc 1000C. Với các mức dòng rò IS nhỏ ở vùng ngược, nên có thể xem diode như một chuyển mạch ở trạng thái hở mạch ở vùng phân cực ngược. Thực tế thấy rằng, đối với bán dẫn Silicon, IS sẽ tăng gấp đôi trong khoảng tăng nhiệt độ 5oC ở nhiệt độ từ 25oC. Tuy nhiên, giá trị điển hình của IS ở diode Silicon thấp hơn rất nhiều so với IS của diode bằng bán dẫn Germanium có cùng cấp công suất và mức dòng. Thậm chí, ta cũng có kết quả tương tự khi diode làm việc ở nhiệt độ cao thì dòng IS của các diode bằng bán dẫn Si cũng không thể đạt được các mức dòng rò cao như ở các diode Ge, đây là lý do rất quan trọng khiến cho các diode bằng bán dẫn Si được sử dụng nhiều hơn trong thiết kế chế tạo mạch điện tử. Về cơ bản thì sự tương đương như một mạch hở ở vùng phân cực ngược, khi làm việc tại nhiệt độ bất kỳ là lý do tốt nhất có ở diode Si so với diode Ge. Mức dòng IS tăng theo nhiệt độ, điều này giải thích cho việc các mức điện áp ngưỡng thấp hơn. Ở vùng phân cực ngược, điện áp đánh thủng cũng tùy thuộc vào nhiệt độ, nhưng lưu ý là dòng bão hòa ngược không mong muốn cũng tăng lên. Dòng bảo hòa ngược tăng vào khoảng 7,2%/oC đối với cả diode silicon và germanium. Nói cách khác, IS gần gấp đôi cho mỗi khoảng tăng nhiệt độ là 10oC. Biểu thức của dòng bảo hòa ngược phụ thuộc vào nhiệt độ là, )]()exp[()(12i1S2STTkTITI−= (2.49) trong đó: ki = 0,07/oC và T1 và T2 là hai nhiệt độ khác nhau. Biểu thức có thể tính gần đúng bằng cách rút gọn hàm mũ, )/10(102S12)2()(TTTITI−= (2.50) bởi vì 270≈,e.

Trích đoạn

• Câc diode chuyển mạch tần số cao Giới thiệu.
• Diode phât quang LED [light emitting diode]

Tài liệu liên quan

• Diode bán dẫn
  • 9
  • 772
  • 12
• diode ban dan
  • 31
  • 533
  • 6
• TIẾP GIÁP PN - DIODE BÁN DẪN
  • 42
  • 6
  • 30
• Tài liệu Chương 1: Diode bán dẫn ppt
  • 39
  • 474
  • 3
• Tài liệu Tiếp cận văn bản "Đàn ghi ta của Lorca" (Thanh Thảo) doc
  • 14
  • 796
  • 5
• Báo cáo thí nghiệm điện tử tương tự- Bài 1 : Diode bán dẫn docx
  • 10
  • 2
  • 21
• Bài 1 : Diode Bán Dẫn docx
  • 13
  • 769
  • 5
• Tài liệu giảng dạy môn Linh kiện điện tử - Các loại Diode bán dẫn ppt
  • 20
  • 735
  • 6
• Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của diode bán dẫn Nguyễn Lý Thiên Trường
  • 28
  • 1
  • 9
• Giáo trình phân tích các loại diode thông dụng trong điện trở hai vùng bán dẫn p10 doc
  • 5
  • 407
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.54 MB - 42 trang) - TIẾP GIÁP PN - DIODE BÁN DẪN Tải bản đầy đủ ngay ×