3.1, CHAT BAN DAN VA TINH CHAT CUA CHAT BAN DAN 3.1.1.CHAT BAN DẪN THUAN
3.2.2. TIẾP GIÁP P-N ĐƯỢC PHÂN CỰC THUẬN
Trong phần trên ta đã xét, khi không đặt điện ấp ngoài lên tiếp giáp pn, tổng các dòng khuếch tán và đồng trôi qua tiếp giáp bằng không tức là không có dòng chạy qua tiếp giáp, và vùng nghèo xuất hiện trong phạm vi tái hợp của các hạt dẫn. Nếu bây giờ phân cực thuận cho tiếp giáp tức đặt một nguồn cung cấp điện cho bán dẫn thì trạng thái cân bằng dòng trôi và đòng kích thích bị phá vỡ do đó sẽ xuất hiện đòng điện chạy qua tiếp giáp. Nếu V là điện áp ngoài phân cực thuận thì điện áp đặt lên tiếp giáp sẽ là: Vạ =Vp -V. Nông độ hạt dẫn thiểu số tại bờ của vùng nghèo bây giờ được tính bởi:
6-GTCS 81
hoc av n, =x, ex9(-2)
Mf V (3-18)
qs q
=N ae | av vex we ° (2)
qv¥a
=N Wa
" ` tr)
hi Vv (3-19)
qs q
=N | aL
sel a) (2) n, = n,-exp( 2)
3.20
Pa = p.-cxe( 2)
aon
Nhu vậy nồng độ hạt thiểu số tại bờ của tiếp giáp phân cực thuận lại tỉ lệ theo hàm mũ với điện áp phân cực. Nồng độ hạt dẫn thiểu số tăng nhanh có một nguyên nhân chính là do dòng khuếch tán của hạt đa số tăng nhanh.
Để tìm được biểu thức xác định đòng qua tiếp giáp p-n, để đơn giản ta giả sử rằng các đòng thành phần qua tiếp giáp chỉ là dòng khuếch tán của các hạt đa số mà không tính đến sự tái hợp của chúng. Hạt dẫn thiểu số tập trung trong bán dẫn p biến thiên từ n, tại bờ của vùng nghèo tới giá trị lớn nhất n, tại điểm tiếp xúc. Cũng như thế trong bán dẫn n nồng độ hạt thiểu số thay đổi từ giá trị nhỏ nhất tại bờ vùng nghèo p„ tới giá trị lớn nhất Pp tại điểm tiếp xúc. Dòng khuếch tán bây giờ có thể tính:
j =D,qT=—D,q TP
=D.q (n, -0,) -b 2P -P) (3-22)
Oa) Sa)
82
£9 rao eects
trong đó : x„ và x„ là chiều rộng tương ứng của bán dẫn p và n.
Vùng
nghèo
Bán dẫn loại p Bán dẫn loại n Bán dẫn loại p Bán dẫn loại n
3) Khoảng cách bị Khoảng cách
Hình 3.4. Giản đồ năng lượng của tiếp giáp diode p-n : a) Không phân cực ; b) Phân cực thuận.
Chiều rộng vùng nghèo ở hai bên của tiếp giáp giảm đi đáng kể khi được phân cực thuận, vì vậy trong biểu thức trên ta có thể bỏ qua w„¿
VA Wyq SO VỚI X,VÀ Xu. Biểu thức trên sẽ được viết lại:
5 apg (tt) -,q Peon)
_| Dạqn, D,qp, qv )_ -
-Í x P _— Heol) | (3-23)
D,qn, D
với so Paste P a
Xy X
Như vậy đòng chảy qua tiếp giáp hay diode cé dang nhu biểu thức (3-23) khi không quan tâm đến hiện tượng tái hợp của các hạt dẫn.
Nếu xét đến ảnh hưởng của tái hợp các hạt đẫn đến dòng điện chảy qua diode, tức là quá trình tái hợp giữa điện tử được phóng vào bán 83
dẫn loại p và tái hợp với lỗ trống để duy trì trạng thái cân bằng nhiệt thì đòng điện chảy qua tiếp giáp của diode sé thay đổi. Số lượng các lỗ trống bị giảm đi trong quá trình tái hợp sẽ được bù bằng các hạt dẫn phóng từ lớp tiếp xúc ngoài, và do đó xuất hiện điện trường điện dọc theo diode. Mật độ dòng tại mọi điểm được tạo nên bởi dòng khuếch tán của hạt thiểu số hướng ra ngoài ],u„ và dòng trôi của các hạt đa số Juar „ có chiêu ngược lại. Tại mọi điểm trên bán dẫn p dòng tổng do các hạt tạo nên sẽ là một hằng số và được xác định bởi :
J, = đua ham
(3-24)
Bán dẫn loại p
x x+dx
Jnain(X) 4 | —_ we} 1ap(x+dx)
Tn
1u) 4 |} — ~— dx _, L E—|— -1y„„(X+dx)
Hình 3.5. Mật độ dong tại một điển trong bán dẫn loại p khi phán cực thuận cho tiếp giáp p-n.
Trong hình 3-5 mô tả trạng thái dòng tại một điểm trong bán dẫn loại p. Tái hợp của các bạt din được đặc trưng bởi thời gian sống của hạt dẫn r„, đó chính là thời gian cần thiết để nồng độ hạt dẫn giảm xuống e lần so với giá trị ban đầu. Do đòng qua vùng bấn dẫn p là không đổi nên ta có thể viết:
25 2 dx
d d
h sy dx "HH dx Pent —] +—J =0 (3-25) 3-25 Vay dién tích bị tiêu hao trong quá trình tái hợp trên một đơn vị dx sẽ là:
84
af BI "a oe 3