На рис.1 показана зависимость тока от напряжения быстродействующего переключательного p-i-n- диода, предназначенного для высокоскоростной модуляции СВЧ-мощности в цифровых системах связи [9]. Толщина базы диода около 2 мкм при диаметре p-i-n- структуры 30-35 мкм. На ВАХ не наблюдается переход к квадратичному участку даже при плотности тока (4-6)*10³ А/см² , что может свидетельствовать о высокой добротности переходов и сравнительно большом времени жизни носителей заряда в i-области.

Общий накопленный заряд Q_S есть сумма зарядов в i -области

и в p- и n- областях. Для симметричной модели диода

, (4)

где Q_i - накопленный заряд в базе диода;

Q_C - накопленный заряд в контактной области.

Уравнение непрерывности для заряда, являющееся основой метода, в этом случае имеет вид

, (5)

где t_i – время жизни носителей заряда в i- области при высоком уровне инжекции;

Рис. 1. ВАХ быстродействующего переключательного p-I-n- диода.

Рис. 2. Стационарное распределение носителей и накопленных зарядов в базовой и контактных областях для симметричной модели p-i-n- диода.

t_С – время жизни носителей заряда в контактных областях.

Распределение носителей заряда в базовой и контактных областях в стационарном состоянии для симметричного случая показано на рис. 2. Со-

гласно распределению Больцмана концентрация носителей в I – области на границе с р – областью связана с их концентрацией в p- области соотношением

, (6)

где р₀ – концентрация равновесных дырок в р- области;

V⁰ _{p - I} – контактная разность потенциалов на р –I – переходе;

V_{p - I} –внешнее напряжение на p-i- переходе;

p_i , n_i – концентрация электронов и дырок в базе.

Аналогичное соотношение выполняется и на I-n- переходе. Выражение (6) справедливо до тех пор, пока в р- области выполняется условие низкого уровня инжекции. С ростом инжекции в (6) p₀ необходимо заменить на p₀ +n_C (p), где n_C (р) – концентрация электронов, инжектированных в р-область, и зависимость (6) усложняется.

Для p-I-n- диодов с w<L_i при J< 10³ А/см² падением напряжения на базе в стационарном состоянии можно пренебречь [4,7,14]. В этом случае для симметричной модели падение напряжения на каждом из переходов равно

, где V_{p - n} – общая контактная разность потенциалов диода.

Учитывая (6), а также полагая одинаковую степень легирования р- и n- областей (p₀ =n₀ =N_C ), распределение носителей заряда в I –области может быть записано в виде (см. рис. 2)

, (7)

где N_C – концентрация доноров(акцепторов) в контактных областях;

L_i – диффузионная длина носителей заряда в I- области;

В контактных областях быстродействующих переключательных

p-i-n- диодов обычно выполняется условие низкого уровня инжекции. Поэтому распределение концентрации неосновных носителей описывается экспоненциальным законом

, (8)