Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов

..pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
12.32 Mб
Скачать

В структурах

с

__Wn/L^.2,0

величина

{рс/Рты)2<

< К (V2/2) / (У2/2)—£(У 2/2)), и тогда

предельное

 

выражение

для ршш оказывается совсем простым:

 

 

 

 

 

 

-

 

*0 ^ /2 )

 

 

(3.47)

 

 

 

 

 

(U/„/2L) *

 

 

Подстановка (3.47) в

(3.42)

позволяет в пределе больших то­

ков получить выражение

 

 

 

 

 

 

Г,

Г,

I Г,

 

«

JL

(U7„/2Z.)2

 

U T b - U r L D +

U r e h -

^

ч Ы Ь + Ъ Р с (7С(|/2/2))2

Х

 

X

 

М

Н 1 )

£±.

w n

 

(3.48>

 

(>+

G

Рг V

qGpo

 

Выражение (3.48) имеет следующие две особенности. Во-пер­ вых, оба слагаемых в правой части оказываются пропорциональ­ ными /. Линейная зависимость второго слагаемого определяется видом функции цПр(/?), описывающей рассеяние подвижных носи­ телей друг на друге. Линейная зависимость первого слагаемого яв­ ляется характерной особенностью влияния оже-рекомбинации на: ВАХ ПС. Физический смысл этого результата состоит в том, что в рассматриваемом диапазоне плотностей тока концентрация под­ вижных носителей в центральной части базового слоя насыщается. Области вблизи инжектирующих контактов при х = 0 и x = W n, в которых концентрация подвижных носителей продолжает увели­ чиваться с ростом тока, довольно узки и вносят -малый вклад в UTh. Поэтому ВАХ базового слоя структуры описывается обыч­

ным законом Ома с некоторым эффективным сопротивлением, оп­ ределяемым -предельным значением концентрации инжектирован­ ных носителей заряда.

Во-вторых, значение 1!тъ, так же как и 1/тРп, определяемое

(3.36), в рассматриваемом диапазоне токов не зависит от шоклиридовокого времени жизни т. В этом легко убедиться, если обра­ тить внимание на то, что зависящие от т величины L и рс входят в формулы в виде произведения Lpc, которое от т не зависит. Физи­ ческая причина отсутствия зависимости ВАХ ПС от т, как упоми­ налось выше, заключается в том, что в таких структурах реком­ бинация подвижных носителей заряда обеспечивается оже-реком- бинационными процессами. Если в (3.36) и (3.48) подставить чис­ ленные значения физических констант, то вид ВАХ ПС таких структур в пределе больших токов приобретет совсем простой вид:

UT = —

(3-49)

Ян

где

[ ( ' + ^ - ) ( l + ^ ) ] ,,2; 'c = <

j / ^

C=

~ 10' А/см2;

61

А,=0,275 Ом; Л2=1,06-10~2 Ом-см при Г=300 К-

Вструктурах, в которых Wn/L'>{WnlL )Kl>mt всегда pmin<Cpc-

Поэтому для определения предельного значения минимальной ком центрации рт<л можно .использовать выражение (3.45), которое •было получено в предположении рт /«< Р с, совершив в нем пре­ дельный переход при условии рс/р(0)-»-0 и pc/p(Wn)-+-0 с ростом

плотности тока. В результате предельное значение рты, при кото­ ром происходит насыщение концентрации подвижных носителей, оказывается равным:

Рты= 4 V%PCе*Р ( -

(3.50)

Подставляя pmin в (3.42), получаем предельное выражение для ВАХ ПС структур, имеющих WnfL > (Wn/L)i^n:

U T =

U трп~\~ U гб =

4

In — —

 

 

и

JL ехр ©

 

(3.51)

+ 4^2

+ 1)Рс

 

где Ji — то же, что и в

(3.49).

 

 

Так же как и в (3.48), (3.49), падение напряжения на базовом

-слое структуры UTB оказывается

пропорциональным /. Причина

линейности UTE по плотности тока J та же — насыщение концен­ трации носителей в центральной части базы вследствие оже-реком- бинации и влияние эффекта рассеяния подвижных носителей за­ ряда друг на друге. Однако в отличие от (3.49) ВАХ ПС в рас­ сматриваемом случае зависит от шокли-ридовского времени жиз­ ни т. Предельное значение рт1П согласно (3.50) меньше рс, а это •означает, что в базовом слое структуры есть область, в которой до­ минирует рекомбинация носителей заряда через глубокие уровни,

иэта область не исчезает при возрастании плотности тока. Полученные аналитические формулы (3.39) — (3.51), учитыва­

ющие влияние нелинейных эффектов — оже-рекомбинации, ЭДР, снижения коэффициентов инжекции эмиттерных переходов, тем не менее достаточно просты и наглядны. Их недостатком, однако, яв­ ляется то, что каждая из них справедлива лишь в определенном интервале плотностей тока. В случае, когда необходим численный расчет ВАХ ПС в широком диапазоне плотностей тока, для вычис­ ления падения напряжения на базовом слое удобно пользоваться формулами (3.38). Значение рт ,-„, входящее в эти формулы, может быть легко определено в результате численного решения первого из уравнений (3.25). Вместе с формулами (3.35), (3.28), (3.30),

«2

определяющими UTpn, р(0) и p(W„) во всем интересующем нас диапазоне плотностей тока, А/см2, 1 < /< 5 -1 0 3, это позволяет разработать простую и надежную программу численного расчета ВАХ ПС структур с резкими р-п переходами. Алгоритм такой про­ граммы содержит численное решение алгебраического уравнения и последующие вычисления по алгебраическим формулам. Со­ ставление программы не представляет труда и может быть про­ делано читателем самостоятельно. Поэтому не будем останавли­ ваться на этом вопросе более подробно.

ВОЛЫ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУР ПРИ

W J L < I

 

 

Использованный в предыдущем параграфе метод упрощения решения (3.23)

уравнения

непрерывности

(3.20) с помощью

разложения по

малым

параметрам

P m in / p (0 ),

p ,n in / p (\V n ) < 1

применим далеко

не всегда. Он

правилен

в структу­

рах с \VnfL^s.2 во всем интересующем нас диапазоне плотностей тока. В струк­ турах с W„/L<1, параметры рты/р(0) и ртш/р{Щп) малы лишь в области достаточно больших плотностей тока, когда процессы оже-рекомбинации, огра­ ничивая время жизни носителей заряда, делают распределение их по толщине п-базы существенно неоднородным, как это показано на рис. 3.6 с помощью-

кривой 3.

В области сравнительно малых плотностей тока, точный критерий

мы укажем

после, соотношение между величинами р(0), p(W n) н рт,„ может

быть совершенно иным. Начнем рассмотрение со сравнительно малых плотностей тока, когда точка xmin оказывается внутри базового п слоя [3.32]. В этом слу­ чае можно воспользоваться решением уравнения непрерывности в виде (3.23). Однако теперь вследствие малости отношения Wn/L<l значения концентраций р(0), p(W n) н р,ши оказываются близкими по величине. Поэтому в качестве малого параметра следует рассматривать теперь само отношение Wn/L. Из общего решения (3.23) тогда можно получить соотношения

 

Pm in __

. _

/

х 'п in \ 2

Pmjn __ . ___1_

/ W tl Xmjn \ 2

 

р (0 )~

 

2 \ L J '

p{\Vn) ~

2

\

L

(3-52)

 

 

I '

Из

(3.52) следует,

что

различия

между р(0),

p(W n)

и рт1п возникают во-

втором

порядке по

малым

параметрам Хт ы/L и

( Wn~ x min)/L. Поэтому, огра­

ничиваясь в дальнейших вычислениях членами первого порядка по этим малым параметрам, можно считать p(0)= p {W n)==pmin. Раскладывая с указанной точ-

Рис. 3.6. Распределение носителей заряда в базовой области р+-п-п+ структуры с малым отношением

63=

ностью эллиптические интервалы в (3.23) и используя граничные условия (3.22), легко получить после простых вычислений для p {0 )= p {W n)=pm tn=p и x min

= Ч ^ ('Ч

1+/-,+4(ж)2+

j

Г

* m ln _ W a \

Jsn L

1

(bJsp- J sn)

(3.53)

L L jJsn + Jsp^

2

(bb+ 1)

Jsp)

 

 

 

\a J(Jsn~\~Jsp)

)!■

 

* ( 1+ ] / 1+ 4(ж )

 

 

где Jis=qDriio/L.

Найденные выражения позволяют вычислить коэффициенты и ВАХ ПС

структуры. Подставляя (3.53)

в выражения

для

плотности

дырочного

тока

в точке .v=0, получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ „ = —

JsnT^sp

2 Г 1 +

1 / 1

+

4

( J

L ) 2

/ </ “

+

Z2L) | ‘ (3.64)

Jsn + Jsp

[

V

 

'

 

J

J~lS

J

 

и аналогично для n-n+ перехода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jsn + Jsc

Jsn~b JSI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученные формулы имеют следующие

две

особенности. Во-первых,

более

■быстрое, чем по (3.32), уменьшение коэффициентов инжекции с ростом плотно­ сти тока, что определяется появлением малого отношения (W n/L)2 в знаменате­

ле второго слагаемого подкоренного выражения. Во-вторых, вместо привычного

значения

Ь=р„/цр в (3.54), (3.55) входит значение |= J sn/JsP. В

связи

с

этим

большой

интерес представляет поведение коэффициентов у +

и у

+

в

обла-

 

р

п

пп

 

 

сти больших плотностей тока. К сожалению, для исследования этого вопроса формулы (3.54), (3.55) оказываются пригодными не при всех значениях электро­

физических параметров структуры. Дело в том, что эти формулы были получе­

ны с помощью решения уравнения непрерывности, записанного в виде (3.23), использование которого правомерно лишь в случае, когда точка х „»„, в которой концентрация носителей заряда минимальна, находится внутри базового слоя. В структурах с толстыми базовыми слоями это условие оказывается справедли­

вым

при

любой

плотности тока.

В

структурах

с

тонкими базовыми слоями

в

общем

случае

это

оказывается

не

так. Из

(3.53)

следует, что если Jsn¥*bJSp,

т о

с ростом плотности тока точка

хты сдвигается

в сторону перехода, обладаю­

щего

большим током

насыщения. При / = 7 Ь где

 

 

 

 

 

 

 

 

~

J2isJsnb(b-{-\)

/

у

 

ча

 

 

 

 

 

/ l _

V sn -b J s;)*

{

L

(3.56*)

 

 

 

 

 

j

в

случае Jsn>bJSp, либо при 7 = 7 2, где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

J2isJsp(b+\)

/ Wn у

 

 

 

 

 

2 _

(bJsp-Jsn)2

 

I

I

(3. 56" )

 

 

 

 

 

 

)

64

в случае Jsp<bJspt точка <xmi„

достигает

соответственно

точки л-=0 либо точки

x = W n. Поэтому

приведенные

значения

7 определяют

границу применимости

(3.53)

— (3.55).

И только в исключительном случае,

когда

7sn=67*p, формулы

(3.53)

— (3.55)

остаются справедливыми вплоть до

столь

высоких плотностей,

когда существенным становится вклад оже-рекомбинации. В этом случае с рос­ том плотности тока ур+ „ и у пп+ снижаются до значений, совпадающих с извест­ ным «теоретическим» пределом, определяемым отношением подвижностей носи­ телей заряда:

Jsp

1

Jstl

_

^

р П Jsn+ 7sp

6 + 1

ПП 7sn + JSP

6 +

1

поскольку в этом случае Jsp=bJsp.

В области справедливости выражений (3.53) выражение для ВАХ записы-

вается просто:

 

 

 

 

 

UTli

]\Уп _

JWn

1

w n '

(3.57)

 

W y( 6+ l)/>

qGP2

1 + P/Pi

ФРо

 

 

 

Граничное значение плотности тока, начиная с которого вклад оже-реком- бннации становится существенным, в рассматриваемом случае может быть вы­ числено по формуле

: (hii +

Простые оценки показывают, что при 7~/rpi рекомбинационный ток в л-базе мал по сравнению с полным током, текущим через структуру. Однако важно то, что при Jsn = bJsp с ростом плотности тока основным фактором, определяющим вид распределения носителей заряда, является оже-рекомбинация. От распреде­ ления, показанного на рис. 3.6 кривой 1, с увеличением плотности тока происхо­ дит переход к распределению вида 3 на этом же рисунке. Вклад оже-рекомби­

нации

при / > 7 rpi

растет довольно быстро, при этом сильно увеличиваются ве­

личины

р(0)

и

p(W n), а рост величины рты замедляется. В результате

оказывается,

что

отношения ртш/р(0), pmin/p(Wn) < 1, и мы переходим к слу­

чаю, уже проанализированному в предыдущем разделе. ВАХ ПС приобретает вид, выраженный формулами (3.48), (8.49), а коэффициенты инжекции эмиттерных переходов насыщаются при значениях (3.33). Простые оценки показывают,

что при типичных значениях

1 (Н 3

А /см 2 вторые

слагаемые

в (3.54),

(3.55) успевают стать малыми по

сравнению

с первыми

слагаемыми

до того,

как станет существенной

оже-рекомбинация, т. е. при 7 < 7 rpi. Этому в значитель­

ной степени способствует

появление малого отношения (№ „/1 )2< 1 в

знамена­

теле второго слагаемого подкоренного выражения. Вместе с тем величина 7с,

входящая в

(3.33), в кремнии равна 7с— 10-13 А /см 2, что

при

типичных значе­

ниях токов

насыщения Jsn^Jsp^ 10—13 А /см 2 приводит к

тому,

что предельные

значения коэффициентов инжекции эмиттеров оказываются заметно большими, чем «теоретический» предел, определяемый отношением подвижностей. В резуль-

тате токовая зависимость

и Ynn+ , изображенная

на рис. 3.7 кривыми 1

и 2 соответственно, оказывается немонотонной.

 

5— 6393

 

65

Рис. 3.7. Зависимость коэффи­ циентов инжекции у рч-n и -у„я+

от

плотности тока

в структу­

рах

с

малым

 

отношением

W J K l

 

 

 

V » ,T = » T i ! (V « ,H =

= _ ! _

. _ А _ ___ !____

 

4 +

l T i +

l

1 + Jsn/Jc

 

 

= —

7 ;

(Y„„+)H =

=6+1^"ь + 1 1 + W

В общем случае, когда Jsn^bJsp в области плотностей тока /> 7 , решению уравнения непрерывности следует придать иной вид. Ограничиваясь, как и раньше, членами первого порядка малости по параметру ( Wn/L), решение удобно записать в виде

 

 

р(х) =

р (0) +

(p(Wn) -

р (0 ))

 

 

(3.58)

Для

определенности будем

рассматривать

случай

Jsn<bJSP. В

этом

случае

р (0 )> р (№ п)

(см. кривую 2

на

рис. 3.6). Подстановка решения

(3.58)

в гра­

ничные

условия (3.22) приводит к системе квадратных

уравнений

 

 

 

 

( №

 

 

 

 

 

 

 

 

\Л/о

 

 

 

 

 

(3 .5

 

,

/ р т у

/

L

\ (p (W n)

р (0)\

6

 

 

 

 

В области больших плотностей тока / » 7 2, а именно такие плотности тока интересуют нас сейчас, решение системы (3.59) упрощается, поскольку линей­ ный по концентрации носителей заряда член в левой части второго уравнения оказывается малым и им можно пренебречь. В результате из (3.59) легко полу­ чить выражения для р(0) и p(W n), а с их помощью вычислить коэффициенты инжекции Y *-я и Y + :

Р(° ) = ^ о 1V t h t **>-*•/гртб

(3.60)

V » = г + 1 + ( б + т ) 1,!!

ь

( ь \1/2Л

л

Its ( 1 \

Т , и + ” б + 1

\Ь + 1)

у

b J s J y j J s n K W n ) '

Полученные формулы обладают следующей интересной особенностью. Зна­ чение у + оказывается меньшим, чем «теоретический» предел Ь/[Ь-\-1), опре­

деляемый отношением подвижностей носителей заряда. Физическая причина уменьшения Y,w + заключается в том, что при /> 7 2 и JSn<bJsp распределение

носителей заряда в базовом слое структуры приобретает вид, обозначенный циф­

рой 2 на рис. 3.6. При этом производная

в точке x = W n меняет знак и стано­

вится

отрицательной

(dp/dx)x=.^ < 0 .

Это определяет знак второго слагае­

мого

в правой части

выражения для Чппл

из (3.60). Фактически вторые сла­

гаемые в полученных

выражениях для

Чр+п и Ynn+ описывают вклад диффу­

зионных составляющих дырочного и электронного токов соответственно. Посколь­

ку

при

большой

плотности тока ( / > 72)

вклад диффузионных

составляющих

тока в общий

ток

невелик, значение

уяя +

не сильно отличается от «теорети­

ческого»

предела

6 /(6 -f-1) и с

ростом

тока приближается к нему снизу.

вид

ВАХ ПС структуры в рассматриваемом случае вычисляется легко и имеет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

Р ( 0) \

 

 

 

 

=

 

 

( J - ) + - J Z E________ U

r o L

 

 

 

 

г

Я

 

\ Js 1 ^

Я М Ь+ 1 )

(/»(0) ~ P ( W „ ) ) ^

qGp0 ^

 

 

 

 

1

Ш п

 

Pl In (

+

\

n f i n

 

 

 

 

^

q G (p {0 )-p (W n))

p3

" l Pi + P(Wn)

) '

 

где

Js =

b-\- 1

_______

 

определены в

(3 .60).

 

 

 

у

JsnJsp] p [0) и p(Wn)

 

 

Отметим, что при выводе (3.61), как и раньше, пренебрегалосьдемберовской. составляющей электрического поля в базовом слое по сравнению с омической составляющей. В структурах с толстыми базовыми слоями такое пренебреже­ ние вполне оправдано, поскольку вносимая им погрешность не превышает 1 %. В структурах с тонкими базовыми слоями напряжение, падающее на базовом слое, не столь велико. Поэтому в случае, когда токи насыщения эмиттеров отли­ чаются сильно, например на несколько порядков, вклад демберовского поля мо­ жет оказаться существенным и формулу (3.61) следует дополнить слагаемым

КГ Ь— 1

PWn)

(3.62)

Я

6

+ 1

Р(0)

 

Следует однако иметь в виду,

что

при выводе выражений (3.60)— (3.62) не

учитывалось влияние оже-рекомбинации. Такое пренебрежение вкладом ожепроцессов правомерно лишь до плотностей тока

/Рс y t +

l r

*•

" “ U r i

»

 

где 75= m a x {/sn, bJsp).

 

 

 

При / ^ / rp2 концентрация носителей

заряда

в граничных точках достигает

характерного значения рс, при котором вклад оже-процессов сравнивается с ре­ комбинацией через глубокие уровни. Дальнейшее увеличение плотности тока приведет к резко неоднородному распределению носителей заряда по толщине базового слоя, как показано на рис. 3.6 с помощью кривой 3. Это связано с тем,

что

оже-процессы начинают резко ограничивать проникновение инжектирован-

5*

67

ных носителей заряда от границ к центру базового слоя. В результате градиент концентрации носителей вблизи инжектирующих контактов растет по абсолют­

ной величине с ростом тока, причем (dp/dx)*=0< 0 , a

{d.p[dx)x_ w^ Q .

За счет этого вклад диффузионных составляющих в коэффициенты инжек­

ции растет, а с учетом

знака производных в граничных точках

это приводит

х росту коэффициентов

Y +я и Чпп+ . Аналитическое

описание в

этом случае

становится возможным лишь при столь больших плотностях тока, когда в задаче

появятся

малые параметры

Pmin

Pmin

. ,

rr

/? (0 ) ^ р (Wй) ^

Наличие таких параметров

позволяет

использовать для

описания

Y р ->п и Ynn+ результаты предыдущего

раздела. В частности, отсюда следует, что рост коэффициентов инжекции при дальнейшем увеличении плотности тока сменится насыщением при предельных значениях (3.33) (см. кривые 3 и 4 на рис. 3.7):

( V » )4>“

=

6 + l + 4+T

i + 'W 'c ;

<?„„+>"[*»=

^ 7 + Г и

i + v

/ c -

В рассмотренном выше

случае считалось,

что

bISp>Jsn> и это привело

к уменьшению Ynn+ ниже теоретического предела, определяемого отношением под­

вижностей 6 / ( 6 + 1 ) ,

но Y +п оставалось выше значения

1 / ( 6 +

1). Легко

по­

казать, что в

случае

/ я » > 6 /5р Ynn+ > 6 /( 6

+ 1), но

теперь Y + ft< l / ( 6 +

l) в

области токов

I < 7 ^ .

 

 

 

 

 

Таким образом,

основной особенностью

структур

с

Wn/L< 1

является

не­

монотонное изменение коэффициентов инжекции эмиттерных переходов с ростом

тока. Быстрое их

уменьшение при переходе к высокому уровню

инжекции

при

7 < 7 объясняется

малыми

градиентами

распределения носителей

заряда в базо­

вом слое, вследствие чего

дрейфовые

компоненты оказываются

основными

как

в электронной, так и в дырочной составляющих полного тока. Включение ожепроцессов в области больших плотностей тока при 7 > 7 rPi либо при />/грг

в зависимости от соотношения параметров структуры приводит к увеличению

1р+п и Ynn + . При определенном соотношении параметров структуры возможно уменьшение Чр+п либо Ynn+ ниже теоретического предела.

О ПРЕДЕЛЕ ПРИМЕНИМОСТИ ДИФФУЗИОННОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ В ТЕОРИИ ВАХ СПП

Все результаты, описанные в предыдущих разделах, были получены в рамкак диффузионного приближения. Хотя это приближение наиболее часто используется при описании характеристик мощных СПП, оно не является един­ ственно возможным при решении уравнения непрерывности. П оэтому, естествен­ но, возникает вопрос о пределе применимости диффузионного приближения. Исследование этого вопроса позволит определить область применимости всех приведенных выше формул, описывающих ВАХ ПС СПП [3.23].

Начнем рассмотрение с простейшего случая, в котором не учитываются не­ линейные эффекты, и, получив ответ, проследим, к каким изменениям в нем приведет последовательный учет ЭД Р, оже-рекомбинации и т'. д. Выражения

(3.15) для потоков носителей заряда в случае, когда не учитываются нелинейные эффекты, приобретают вид

^р= ЧРЬЕ-Р°р— ;

(3.63)

г

дпцпЕ +

гч

dn

.

Jn =

qDn

 

Подставив эти выражения в фундаментальную систему уравнений прибора, сложим уравнение, определяющее дивергенцию электронного тока, с умноженным на Ь уравнением, определяющим дивергенцию дырочного тока. В результате оче­ видных преобразований, использующих уравнение Пуассона, получим для одно­ мерной структуры при высоком уровне инжекции носителей заряда [3.1]

!rfo d

I

dE \

d

d f

dp \

<7

Н

л г )

 

(,l"E,+21 7

I T ) " < " + <364>

где R=p/T.

Для слагаемых в левой части (3.64) приняты названия [3.1] диэлектриче­ ского, полупроводникового и диффузионного соответственно. В монокристаллах кремния, используемых для изготовления СПП, диэлектрический член обычно

существенно меньше полупроводникового.

В

этом

легко

убедиться, сравнив

и Nd, входящие в эти члены.

 

 

 

 

 

 

dE

ДЕ

 

 

 

 

 

 

Оценивая производную

 

 

 

 

 

 

 

г д е А Е = Е max— Em m , п о л у ч а е м ,

ч т о

 

 

 

 

10е в

- 1

-см -

1

- ^

- <

Ю 110

см - *,

так как при типичных толщинах без

Ц7па ;1 0 -2 см

напряженность стационарного

поля в базовом слое мощной структуры не превышает 103 В/см. Полученная

численная оценка оказывается

существенно меньшей, чем значение Nd, которое

в современных структурах не

менее 101Э см-9. Таким образом, поставленная за­

дача сводится к определению вклада полупроводникового и диффузионного членов в зависимости от соотношения параметров структуры и плотности теку­ щего через нее тока. Простейший способ решения, которым мы и воспользуем­ ся, заключается в следующем.

Рассмотрим структуру с такой плотностью текущего через нее тока, что в центральной части базовой л-области, где концентрация носителей заряда минимальна, дрейфовый член превалирует над диффузионным. Тогда, использо­ вав то обстоятельство, что в этой области базового слоя

qNd

dE __

р

 

2kT

dx

где L — амбиполярная диффузионная длина, и

учтя в выражении для поля

(3.21) только омическое слагаемое, поскольку демберовское слагаемое мало по сравнению с ним при больших плотностях тока, легко вычислить производную

dpldx, а затем и вторую производную, т. е. d?pldx2:

d*P

_

3

/ /п \а

Р6

 

 

dx*

 

4

W

) Nd4 *

 

гд е/п г 4 » М ™ .

 

 

 

 

 

 

 

Подставив это выражение в неравенство

dE

kT d%p

легко привести

— > 2 ——

его к виду

 

 

 

 

 

 

 

/ >

JT

- / n

 

 

 

 

Из этого неравенства следует, что граница области самосогласоваиности

дрейфового приближения определяется условием

 

 

 

 

 

 

 

Pntin

\2

 

(3.65)

 

 

 

 

~Щ~)

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим теперь ту же

структуру в

области

плотностей

тока, таких, что

во всей л-базе диффузионное слагаемое превышает дрейфовое. Использовав то, что в этом случае

& р _

Р

 

 

dxa

L?

 

d p

=

,

|f р г P “m in

легко вычислить первую производную

±

---------£ ---------- » а с ее помощью и

дрейфовое слагаемое

 

 

 

" ч ^ г 4_г и г Н т ) — т*— •

Теперь условие малости дрейфового слагаемого по сравнению с диффузион­ ным может быть записано в виде

7

1

,

(P/ W

(3 .66)

J <

2

п

 

 

 

 

 

|

/ * - W

 

Из (3.66) следует, что

при

 

 

 

 

 

зК з

г ( Pmin

(3 .67)

 

 

 

n llv r J

 

 

 

 

диффузионное приближение будет самосогласованным во всей л-базе, поскольку правая часть (3.66) минимальна при р2=Зр2тш/2.

Из сравнения (3.65) и (3.67) следует, что области самосогласоваиности диф­ фузионного и дрейфового приближений частично перекрываются. Причина этого заключается в том, что вблизи границ областей самосогласоваиности, определяе­ мых условиями (3.65) и (3.67), отброшенные члены хотя и меньше оставленных

70

Соседние файлы в папке книги