Chương 3 Chuyển tiếp N
3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Chuyển tiếp PN rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ đặc biệt là dòng bão hòa ngược ISO. Ta có thể thấy rằng ảnh hưởng của nhiệt độ tới chuyển tiếp PN ở ba vùng nhiệt độ: nhiệt độ thấp; trung bình và cao.
Trong vùng nhiệt độ thấp, có thể coi không có sự phát xạ cặp điện tử lỗ trống. Các nguyên tử tạp chất cũng chưa bị ion hóa. Như đã biết số nguyên tử bị ion hóa lại phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm e mũ. Do đó nồng độ các hạt dẫn đa số phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm e mũ.
Trong khoảng nhiệt độ trung bình, hầu hết các nguyên tử tạp chất đều bị ion hóa. Sự phát xạ cặp điện tử lỗ trống cũng không đáng kể. Do đó có thể coi nồng độ hạt dẫn đa
62
số trong bán dẫn không đổi. Các linh kiện bán dẫn thuần hoạt động ở khoảng nhiệt độ trung bình, trong khoảng này ta áp dụng biểu thức tính dòng bào hòa ngược sau:
(3-13)
Trong đó Dp và Dn lần lượt là hệ số khuếch tán của lỗ trống ở phía N và của điện tử ở phái P; Lp và Ln lần lượt là độ dài khuếch tán của lỗ trống ở phía Nvà điện tử ở phía P. Như đã biết ni phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm e mũ do đó ta thấy ISO tỷ lệ với hàm e mũ. Ta có:
Lấy vi phân theo nhiệt độ ta có tốc độ biến thiên của dòng bão háo ngược theo nhiệt độ:
(3-14)
Tốc độ biến thiên giảm khi nhiệt độ tăng cao và sự biến thiên này càng tăng khi độ rộng vùng cấm lớn.
Trong khoảng nhiệt độ cao sự phát xạ cặp điện tử lỗ trống trở lên đáng kể. Số hạt dẫn sinh ra do nhiệt hơn hẳn số hạt dẫn do bị ion hóa. Bán dẫn hoạt động trong khoảng nhiệt độ này giống như bán dẫn thuần. Chuyển tiếp PN đã bị phá hủy bởi nhiệt độ.
Điện áp đánh thủng chuyển tiếp PN cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Một cách tổng quát ta có biểu thức sau:
UBR =UBR0[1+ T(T=T0)] (3-15)
Trong đó UBR0 là điện áp đánh thủng tại nhiệt độ T0, T là hệ số nhiệt độ của điện áp đánh thủng.
63
Một đặc điểm quan trọng là hệ số nhiệt độ của điện áp phân cực thuận chuyển tiếp PN khi dòng qua không đổi là âm. Hiện tượng này được ứng dụng để bù nhiệt độ trong mạch khuếch đại.
64