Отклонения от идеальных вольтамперных характеристик
Из уравнения Шокли следует теоретическое выражение предполагаемой вольтамперной характеристики р-п-перехода. Для описания экспериментально наблюдаемых характеристик используют уравнение
(4.10)
где riideai — коэффициент неидеальности вольтамперной характеристики диода. Для идеальных диодов он равен 1. Для реальных диодов величина этого коэффициента лежит в диапазоне 1,1 -1,5. Однако для полупроводников типа AnIBv на основе арсенидов и фосфидов коэффициент может быть равен 2, а для GaN/GaIriN-диодов пк|еа| = 6. Более подробный анализ коэффициента неидеальности можно найти в работе Родрика и Уилльямса (Rhoderick, Williams, 1988) 0.
') Обсуждение неидеальных вольтамперных характеристик светодиодов с гетероструктурами InGaN/GaN см. в [2-5].
|
8,0 6,0 ■4,0 2,0 0,0 |
|
преждевременное включение |
|
I I I I |
1 1 I I 1 I I I
диод GaAs Г* 300 К
“■ЛЛЛг
влияние.__
параллельного^
сопротивления
0-1—W—г°
Часто диоды обладают нежелательными или паразитными сопротивлениями. На рис. 4.4 показано влияние последовательных и параллельных паразитных сопротивлений на вольтамперные характеристики (ВАХ) р-п-перехода. Последовательные сопротивления могут появляться из-за слишком большого сопротивления контактов или из - за сопротивления нейтральной области. Любые каналы в р-п-переходе, вызванные разрушениями его областей или дефектами на поверхности, приводят к формированию паразитных параллельных сопротивлений.
|
(V - IRs) Rp |
|
(4.11) |
|
J. ee(V-IRs)/(niiea[kT)^ |
|
При Rp —► оо, Rs —> 0 это выражение стремится к уравнению Шокли. Однако иногда включение светодиода происходит не мгновенно по достижении порогового напряжения, а растягивается на некоторый диапазон напряжений. На рис. 4.4, б показаны оба режима включения диода. Плавное включение светодиода часто называют преждевременным включением. Появление тока через диод до достижения порогового напряжения объясняется либо переносом носителей через поверхностные состояния (поверхностными токами утечки), либо наличием глубоких примесных уровней в объеме полупроводника. |
Для учета паразитных сопротивлений вольтамперную характеристику диода, определяемую уравнением Шокли, необходимо модифицировать. Считая, что Rp — сопротивление, стоящее параллельно идеальному диоду, a Rs — сопротивление, стоящее последовательно с идеальным диодом и шунтом, выражение для вольтамперной характеристики р-п-перехода при прямом смещении можно записать в виде
Конкретные причины отклонений реальных /-^-характеристик диодов от идеальных могут быть обусловлены как наличием паразитных сопротивлений (последовательных или параллельных), так и преждевременным включением. Для их выяснения вольтамперные характеристики строят в линейном и логарифмическом масштабах. Оценка величины паразитных сопротивлений
диода
Параллельное сопротивление диода можно оценить по /-^-характеристике в диапазоне напряжений V <^Ед/е, т. е. вблизи начала координат. В этом диапазоне напряжений током через р-п-переход можно пренебречь, а параллельное сопротивление найти из выражения
|
(4.12) |
Rp= dV/dl.
Отметим, что для большинства диодов параллельное сопротивление намного превышает последовательное, поэтому при оценке параллельного сопротивления нет необходимости учитывать последовательное сопротивление.
|
(4.13) |
Последовательное сопротивление следует оценивать только при высоких напряжениях, когда V > Ед/е. В этих случаях вольтамперная характеристика диода становится линейной и поэтому для оценки последовательного сопротивления можно использовать соотношение
Rs = dV/dl.
Однако иногда из-за нагрева оценку сопротивлений диода следует проводить по-другому.
Для диодов с большим параллельным сопротивлением (Rp —> оо) вольтамперную характеристику (4.11) можно записать в виде:
|
(4.14) |
J — J. ee(y-IRs)/(niielikT)'
Решив это уравнение относительно V и продифференцировав результат по I, получаем выражение
|
(4.15) |
dV ____ £>__ , '^-irieal 1
—у j — Н • j,
al el
|
|
где второе слагаемое в правой части уравнения представляет собой дифференциал сопротивления р-тг-перехода. Умножив это уравнение на I, можно найти последовательное сопротивление диода из наклона зависимости функцииIdV/ dtl от I, показанной на рис. 4.7,6.
|
|
Рис. 4.7. Метод оценки последовательного сопротивления диода: a — Rg определяется по тангенсу угла наклона ВАХ светодиода при V > Vth б — уравнение в рамке справедливо для диода при прямом смещении, когда V кТ/е
