Расчет и проектирование динистора

курсовая работа

2.4 Время жизни неосновных носителей заряда

Если в полупроводнике имеется избыток носителей, обусловленных, например, инжекцией или тепловой генерацией, то предполагается, что при тепловом равновесии инжекция или генерация носителей уравновешивается процессами рекомбинации. [2]

Рекомбинация электронов и дырок может происходить через переходы зона - зона, а также глубокие примесные уровни или ловушки. Такая рекомбинация характеризуется временем жизни неосновных носителей заряда, которое в первом приближении определяется отношением избытка плотности заряда неосновных носителей к скорости рекомбинации G. Например, для дырок в кремнии n-типа время жизни неосновных носителей заряда

фp = p/G,

где р - средняя плотность инжектированных дырок. Время жизни неосновных носителей заряда для ловушек плотностью Nt с одним уровнем энергии Et в запрещенной зоне кремния [11].

(2.11)

В этом выражении Ef- уровень Ферми; Ei = (Ес- Ev)/2 - собственный уровень; h0 = n/n0, где n - средняя плотность инжектированных электронов; n - равновесная плотность электронов. Собственные времена жизни соответственно дырок и электронов.

(2.12)

(2.13)

Здесь ур, уn - сечения захвата дырок и электронов уровнями ловушек; vs-тепловая скорость носителей; Nt - плотность ловушек. Для низкого и высокого уровней инжекции уравнение (2.3) существенно упрощается.

При условии низкого уровня инжекции в выключенном состоянии или на заключительной стадии этапа восстановления при выключении h0«1 и выражение для времени жизни принимает вид:

(2.14)

где b0 = урn - отношение сечений захвата уровней ловушек. Следует отметить, что время жизни при низком уровне инжекции в значительной степени зависит от характеристик определяющего уровня ловушки (b0, Nt, и Еf,).

При высоком уровне инжекции h0»1 и выражение для времени жизни принимает вид:

(2.15)

Ранее это время уже встречалось в тексте как амбиполярное время жизни ф0 при высоких уровнях инжекции. Оно является критичным при определении напряжения на тиристоре в открытом состоянии.

Кроме того, важное значение имеет время жизни и в области пространственного заряда фsc, поскольку оно характеризует генерацию носителей в слое пространственного заряда р-n-перехода и влияет на значение тока утечки в тиристоре. Время жизни в пространственном заряде [11]

(2.16)

Основной задачей при конструировании тиристора является выбор соответствующего значения времени жизни для вычисления характеристик прибора. В случае быстродействующих тиристоров требуется малое время выключения. Поэтому и время жизни в приборе обычно регулируется путем введения известных примесей или электронным облучением. Уровень ловушки, определяющий время жизни, хорошо известен, и время жизни можно точно вычислить, используя вышеприведенные аналитические выражения. [9]

Делись добром ;)