Dependenta de temperatura a caracteristicii statice a jonctiunii pn

Dependenta de temperatura a caracteristicii statice a jonctiunii pn

Caracteristica statica curent-tensiune a jonctiunii pn depinde puternic de temperatura atat in conductie directa cat si in conductie inversa. Aceasta se datoreaza dependentei puternice de temperatura a proceselor de recombinare si generare termica, care determina functionarea jonctiunii in conductie directa si respectiv inversa.

Daca se neglijeaza efectele de generare si recombinare in regiunea de sarcina spatiala si fenomenele de recombinare de la suprafata semiconductorului, curentul invers de saturatie I₀, dat de relatia (12.92), depinde de temperatura in special prin intermediul concentratiei intrinseci n_i. Patratul concentratiei intrinseci depinde de temperatura conform relatiei (9.39). Incluzand dependenta T³ din si dependenta de temperatura a rapoartelor (D_n/L_n) si (D_p/L_p) intr-un factor T^a, curentul de saturatie are expresia:

(12.112)

unde a 2,5. Cea mai importanta variatie a curentului de saturatie I₀ se datoreaza factorului exponential din relatia (12.112). Relatia dintre variatia relativa a curentului I₀ si variatia relativa a temperaturii T, se obtine din relatia (12.112):

(12.113)

Pentru Ge (E_g=0,67 eV) la temperatura camerei (T=300 K) rezulta o crestere a curentului de saturatie I₀ de aproximativ 10 %, la o crestere a temperaturii cu DT=1 C, in timp ce pentru Si (E_g=1,10 eV) rezulta o crestere mai mare, de aproximativ 15 %.

Daca se iau in considerare si efectele de generare-recombinare din regiunea de trecere si cele de recombinare de la suprafata semiconductorului, curentul de saturatie I_0gr, dat de relatia (12.107) depinde de temperatura datorita variatiei concentratiei intrinseci n_i si datorita largimii regiunii de trecere . Introducand dependenta de temperatura T^3/2 a lui n_i si dependenta de temperatura a lui intr-un factor de forma T^b, curentul I_0gr va avea expresia:

(12.114)

unde b 1,5. In acest caz, relatia dintre variatia relativa a curentului I₀ si variatia relativa a temperaturii T, se obtine din relatia (12.114):

(12.115)

Pentru Ge la temperatura camerei rezulta o crestere a curentului de saturatie I_0gr de aproximativ 5 %, la o crestere a temperaturii cu DT=1 C, in timp ce pentru Si rezulta o crestere de aproximativ 8 %.

Din aceste evaluari, mai mult calitative, se poate aprecia ca valoarea curentului invers de saturatie a jonctiunii pn, pe baza de Ge si Si, aproape isi dubleaza valoarea la fiecare crestere a temperaturii cu 7-10 C.

In cazul conductiei directe intervine si factorul exponential legat de tensiunea aplicata din exterior conform relatiei (12.109). Daca se neglijeaza fenomenele de generare-recombinare din regiunea de trecere, dependenta de temperatura a curentului direct se poate exprima prin relatia:

(12.116)

iar atunci cand fenomenele de generare-recombinare nu se neglijeaza rezulta:

(12.117)

Relatiile (12.116) si (12.117) exprima o crestere a curentului direct cu temperatura tot exponentiala, la fel ca in cazul curentului invers, dar mai putin intensa, deoarece in locul lui E_g la exponent apare o marime mai mica: E_g-eU_A.

In cazurile practice nu intereseaza cresterea curentului cu temperatura la tensiune constanta, ci scaderea tensiunii directe la curent constant (Fig. 12.16). Acest fenomen este evaluat prin coeficientul de temperatura al tensiunii directe la curent constant, , definit prin relatia:

(12.118)

Considerand oricare din relatiile (12.116) si (12.117) si retinand numai termenii exponentiali, expresia coeficientul de temperatura al tensiunii directe la curent constant va avea expresia:

(12.119)

si are valori cuprinse intre -1 si -3 mV/ C, valoarea medie fiind =-2 mV/ C.

Tensiunea de strapungere a unei jonctiuni pn este si ea influentata de temperatura. Astfel, daca fenomenul de strapungere este determinat de multiplicarea prin avalansa, tensiunii de strapungere creste cu temperatura cu aproximativ (0,5 1 mV/ C), iar daca strapungerea are loc prin efect Zener, tensiunea de strapungere scade cu temperatura cu aproximativ (-0,2 -0,8 mV/ C).

In jonctiunile semiconductoare, temperatura jonctiunii, care intervine in toate relatiile de mai sus, este de obicei mai mare decat temperatura mediului ambiant, datorita disiparii de caldura prin efect Joule: W=U_AI_At.

Fig. 12.16. Influenta temperaturii asupra caracteristicii statice a jonctiunii pn.