Влияние температуры на свойства

р-п -перехода

Влияние  температуры на обратный ток диода. С ростом температуры увеличивается скорость тепловой генерации электронно-дырочных пар во всех областях p-n -перехода. Это приводит к резкому (по экспоненциальному закону) возрастанию с  температурой концентрации неосновных носителей в n- и p- областях перехода и, следовательно, к увеличению тока насыщения. Концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике зависит от температуры по закону:

.              (2.72)

При выводе этих соотношений использовался закон действующих масс и то обстоятельство, что n_{n 0} и p_{p 0}не меняются с изменением температуры во всем интервале истощения примеси.

Время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионные длины с изменением температуры меняются значительно слабее и их изменением можно пренебречь и считать, что ток насыщения

                   (2.73)

Другая компонента обратного тока – ток термогенерации в слое объемного заряда – также будет расти вследствие увеличения скорости тепловой генерации электронно-дырочных пар G ₀

.        (2.74)

Третья компонента обратного тока – ток утечки – также растет с ростом температуры, но значительно слабее. Ввиду того, что этот ток может быть обусловлен различными механизмами, из которых не все до конца понятны, то общий анализ зависимости J _ут.(T) затруднен.

В общем случае зависимость обратного тока от температуры приведена на рис. 2.34. Очевидно, что при низких температурах будет преобладать ток утечки. Поскольку J_{ген в ОЗ} растет с температурой быстрее тока утечки, в каком то интервале температур он станет больше. Ток насыщения растет с температурой еще быстрее, так что он может стать основным при более высоких температурах.

Поскольку J_Sи J_{ген в ОЗ} в общем случае пропорциональны , где m – коэффициент, соответствующий определенной компоненте обратного тока. Для диодов, у которых эти компоненты преобладают над токами утечки, снимая зависимость J _обр.(T)при постоянном обратном смещении, можно по величине m оценить механизм протекания тока через диод в том или ином температурном интервале. Для этого необходимо построить в полулогарифмическом масштабе график зависимости  и по наклону выбранного прямолинейного участка определить коэффициент m:

                         (2.75)

Рис. 2.34. Температурная зависимость обратного тока через диод

Влияние температуры на прямую ветвь ВАХ диода. Прямой ток через диод создается диффузионными потоками основных носителей, преодолевающих энергетический барьер. С ростом температуры равновесная высота потенциального барьера уменьшается, поскольку уровень Ферми как в п- так и в р -области с повышением температуры стремится к середине запрещенной зоны полупроводника.С понижением потенциального барьера увеличиваются диффузионные потоки основных носителей, то есть увеличивается прямой ток перехода. Иначе говоря, при большей температуре p-n -перехода тот же прямой ток достигается при меньшем смещении. Следовательно, прямая ветвь ВАХ p-n -перехода, без учета сопротивления базы, с ростом температуры смещается влево, в сторону меньших напряжений (рис. 2.35, а). ВАХ базы (рис. 2.35, б) наоборот, сдвигается вправо, так как сопротивление базы с температурой растет из-за снижения подвижности свободных носителей заряда. Таким образом, результирующая вольт-амперная характеристика диода при прямом смещении сложным образом зависит от температуры. При малых токах характеристика смещается с ростом температурывлево, а при больших токах (где влияние базы сильнее) – вправо (рис. 2.35, в).

                   а                            б                 в

Рис. 2.35. Влияние температуры на прямую ветвь вольт-амперной характеристика р-п- перехода (а); базы (б); диода (в)