Курсовая работа: Конструкция p-i-n диода

треугольного распределения

(27)

В выражениях (26) и (27) момент окончания фазы развития областей объемного заряда t₃ и остаточный заряд в базе в момент t₂ определяются выражениями

(28)

(29)

В момент t₃ происходит смыкание областей объемного заряда. К этому времени из базы экстрагируется основная часть накопленного заряда.

Фаза переноса. В этой фазе из базы удаляются электроны и дырки, находящиеся в областях объемного заряда [15]. Концентрацию их можно оценить из выражения для тока, ограниченного объемным зарядом:

(30)

К моменту начала фазы в большей части базы дрейфовая скорость носителей заряда выходит на насыщение (v_др »v_т £ см/с). Поэтому длительность фазы переноса определяется временем их пролета с максимальной скоростью расстояния, равного половине толщины базы:

t₄ -t₃ =w/2*v_т (31)

При t³t₄ база р-i-n- диода свободна от подвижных носителей заряда и может быть представлена независящей от напряжения емкостью С_i =e*e₀ *A/w Обратный ток не может поддерживаться постоянным и уменьшаться до нуля.

Напряжение на диоде. В первых двух фазах напряжение на диоде изменяется от V_пр до V_обр (t₂ ). Последняя величина невелика и определяется сопротивлением контактных областей и базы в момент t=t₂ . Для фазы развития областей объемного заряда при m=const можно записать [15]

(32)

где S=S(t) и определяется (26) либо (27).

Выражение для напряжения в фазе переноса можно получить интегрированием напряженности поля по всей базе. Однако необходимость учета тока смещения значительно усложняет эту задачу, которая упрощается, если для оценки V_обр .B этот период времени воспользоваться линейной аппроксимацией V_обр (t).Анализ показал, что в фазе переноса напряжение на диоде возрастает от V_обр до 3/2 V_обр при t=t₄ . Поэтому можно записать

(33)

Такая аппроксимация вполне оправдана, так как t₄ -t₃ <<t₃

Для t>t₄ напряжение на p-i-n- диоде увеличивается от V_обр (t₄ ) до напряжения источника тока с постоянной времени t_н =R_н *c_i ,

где R_н – внутренне сопротивление источника тока,

с_i – емкость базы диода.

В ряде случаев, например, при оптимизации формы импульса тока управления переключательными р-i-n диодами и при анализе процессов взаимодействия p-i-n- диодов со схемой управления не требуется знание детального распределения носителей заряда

в i- области. В этих случаях диод рассматривается как элемент цепи (емкость), в котором процесс накопления и рассасывания заряда описывается уравнением (14) [5,10,15,16].

1.2 Технология быстродействующих p - i - n - диодов

1.2.1 Структура р- i - n - диода и требования к параметрам

полупроводникового материала [7,9,12,15,16]

Быстродействующие переключательные p-i-n- диоды представляют собой собранные в корпуса или держатели р-i-n структуры с тонкой (от 1 до 10 мкм) высокоомной ( r > 10 Ом*см) базовой i-областью n- или p-типа проводимости. Материалом базовой области обычно являются эпитаксиальные пленки кремния. В качестве низкоомных р- и n-областей используются низкоомные подложки кремния, тонкие эпитаксиальные, диффузионные или ионно-легированные слои. Площадь таких p-i-n- структур обычно составляет от 2*10^-7 до 8*10^-5 см²

Для минимизации вклада в t_пр и t_обр сопротивлений n- и p- областей толщину и удельное сопротивление последних стремятся делать минимальными. Кроме того, с уменьшением r_n и r_p уменьшается сопротивление контактов к этим областям.

При эпитаксии вследствие автолегирования и диффузии примеси из подложки на границе раздела между низкоомной и высокоомной областями пластины образуется переходной слой с переменной концентрацией примеси. Толщина его может быть сравнима с размерами базы диода. Аналогичный слой образуется при создании диффузионного или эпитаксиального переходов в высокоомной пленке.

Неполное обеднение этих слоев при обратном смещении приводит к увеличению обратного сопротивления потерь диодов. При прямом смещении из-за наличия переходных слоев уменьшаются коэффициенты инжекции переходов. Поэтому при создании диодных структур принимаются специальные меры к увеличению резкости переходов.