Основные закономерности токообразования и формообразования ВАХ в солнечных элементах, диодах и транзисторах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им. С.А. АЗИМОВА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. В.СТАРОДУБЦЕВА

На правах рукописи

УДК. 621.382.213; 537.311.38

АРИПОВ Хайрулла Кабиловт

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТОКООБРАЗОВАНИЯ И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ВАХ В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ, ДИОДАХ И ТРАНЗИСТОРАХ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 01.04.10-ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ташкент-1998

/

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН и Ташкентском электротехническом институте связи.

Официальные оппоненты:

Действительный член АН РУз , д.ф-м.н., проф., лауреат премии им. А.Р. Беруни

Саидов М.С.

Член-корр. АН РУз, д.ф-м.н., проф., заслуженный деятель науки РУз, лауреат премии им. А.Р. Беруни

Юнусов М.С.

д.ф-м.н., проф.

Корольков В.И.

Ведущая организация: ГНПП "КВАНТ", г. Москва .

Защита состоится " Ч " март^ 1998 г в час на

заседании специализированного Совета Д 015.08.01 при Физико-техническом институте НПО "Физика-Солнце" АН РУз по адресу : 700084. г. Ташкент , ул. Г. Мавлянова 2 Б. факс 354291

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке НПО "Физика-Солнце"АН РУз.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного Совета.

Автореферат разослан " 26 " _1998 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета Д 015.08.01 ,

д.ф-м.н.

Ф.А. Ахмедов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию основных закономерностей процессов токообразования и формообразования вольтамперных характеристик (ВАХ) в солнечных элементах (СЭ), диодах и транзисторах на основе полупроводников ве, ваЛя и твердых растворов в системе А1-Са-АБ.

Актуальность проблемы. Актуальность обозначенного направления исследований непосредственно вытекает из того, что только глубокое познание закономерностей токообразования в неоднородных полупроводниковых структурах и определение на его основе адекватно соответствующих уравнений ВАХ полупроводникового элемента может дать возможность оптимального решения такой энергетической проблемы как преобразование солнечной энергии в электрическую (СЭ), проблемы устойчивой работы силовых полупроводниковых приборов (промэлектроника), проблемы телекоммуникации (мощные каскады радиопередающих устройств, усилители, генераторы, быстродействующие электронные коммутаторы), проблемы информатики и, наконец, проблемы системы автоматизированного проектирования (САПР).

Современное развитие мировой экономики в условиях научно-технической революции связано с постоянным ростом потребления энергии. В связи с интенсивным расходованием топливно-энергетических ресурсов в настоящее время остро встает вопрос о разработке новых способов производства энергии. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых СЭ выгодно отличается от других способов, что связано как с неисчерпаемостью источника (Солнца), так и с отсутствием вредных отходов и теплового загрязнения Земли. Использование фотоэлектрического метода для крупномасштабного производства электроэнергии сдерживается высокой стоимостью СЭ. Необходимое снижение стоимости энергоустановок может быть достигнуто при осуществлении преобразования высококонцентрированного солнечного излучения, когда рабочая площадь СЭ уменьшается примерно на три порядка. В то же время задача создания СЭ, работающих при высоких уровнях оптического возбуждения, ставит целый ряд проблем физического характера, заключающихся в выборе оптимальных параметров материатов и

сочетании их свойств с параметрами приборных структур, разработке новых методов расчета и исследования сильноточных СЭ. Основной является проблема совмещения в одном приборе широкой области спектральной чувствительности и низкого внутреннего сопротивления. Наиболее успешно она решается при использовании гетероструктур в системе СаАз-А1Аз. Кроме того, базовый материал ОаАв является оптимальным с точки зрения получения максимачьного КПД преобразования и обеспечения работоспособности СЭ при повышенных температурах, что является неизбежным условием для концентраторных СЭ.

На пути практической реализации метода преобразования концентрированного солнечного излучения также возникает ряд проблем. Во-первых, при повышении мощности солнечного излучения пропорционально увеличивается плотность генерируемого в СЭ фототока, что требует усложнения конструкции СЭ для уменьшения омических потерь. Во-вторых, увеличивается тепловая нагрузка на СЭ, что требует создания эффективной системы теплоотвода. В третьих, необходима разработка высокоэффективных и дешевых концентраторов излучения. В четвертых, необходимо точное наведение и слежение установок за положением Солнца, что усложняет конструкцию и эксплуатацию солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ). В то же время благодаря применению концентраторов появляется возможность использования в крупномасштабной солнечной электроэнергетике дефицитных и дорогих полупроводниковых материалов, например арсенида галлия и твердых растворов на его основе, обеспечивающих получение термостабильных сильноточных СЭ с высоким КПД, а также позволяет использовать эффект комбинированного термического, фотонного и инжекционного отжига радиационных дефектов, возникающих при эксплуатации СФЭУ в космосе [1].

Что касается проблем промэлектроники и телекоммуникации, то одна из них связана с тем, что использование мощных транзисторов и других полупроводниковых приборов часто ограничивается явлением, называемым вторичным пробоем, признаком которого служит резкое снижение напряжения на приборе с одновременным внутренним шнурованием тока. Об этом явлении впервые сообщили Торнтон и Симмонс [2], и с тех пор оно широко изучается при исследовании мощных полупроводниковых приборов [3].

Современное производство сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) невозможно представить без систем автоматизированного проектирования (САПР). Моделирование процессов и приборов необходимо рассматривать с точки зрения как проектирования, так и исследования физики приборов. Проектирование СБИС при использовании наиболее передовой технологии требует одновременной оптимизации технологического процесса, прибора и схемы (ППС).

Успешное решение поставленной выше задачи дало бы в руки разработчика САПР возможность строгого расчета функциональных характеристик аналоговых и цифровых устройств телекоммуникации в режиме большого сигнала на любых частотах и при любой структурной сложности этого устройства. Поэтому концепция САПР ППС становится очень актуальной [4].

Работа выполнена в 1976-^1996 гг. в отделе контактных явлений в полупроводниках ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН и на кафедре электронных и квантовых приборов ТЭИС министерства связи РУз в соответствии с планом научных исследований по естественным наукам АН СССР по проблеме 1.3.7.8 (физика полупроводников; гетеропереходы и многослойные полупроводниковые гетероструктуры) целевой комплексной программы НТП 0.01.08. "Создать и внедрить солнечные, геотермальные, ветровые установки и устройства для производства тепла и электрической энергии". РАН N 10103-619 от 14.04.82 и в рамках госбюджетной научно-технической программы РУз (Приоритеты государственной научно-технической политики РУз на 1993г и ближайшую перспективу).

Объектом теоретического и экспериментального исследований в работе являются физические явления, протекающие при заданных условиях в системах гетерогенных или гомогенных р-п переходов. Гетеропереходы рассматриваются как базисная основа современных высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей - СЭ. Системы гомопереходов рассматриваются как базисная основа электропреобразовательных элементов (диодов, транзисторов, тиристоров), являющихся ключевым звеном аналоговых и цифровых устройств телекоммуникационных систем.

Целью исследований является установление всех тех существенных взаимосвязей и закономерностей токообразования в гомо- и гетеропереходах, которые проявляют себя в реальных режимах работы соответствующих приборов, и получение на их основе таких

достаточно строгих уравнений ВАХ этих приборов, параметры которых можно было бы определить либо на основе значений микропараметров структуры, либо на основе экспериментально снятых ВАХ прибора. Важнейшим условием здесь является именно то, что полученные аналитические выражения ВАХ прибора должны адекватно отражать всю гамму реально существующих существенных явлений и взаимосвязей, а не исходить из тех или иных априорных представлений о существенном и несущественном, как это имеет место в подавляющей части научных разработок по этому вопросу.

Личный вклад автора. Автор внес определяющий вклад как в постановку задач исследований, так и в проведение экспериментов и анализ полученных результатов. За цикл работ "Создание и исследование высокоэффективных полупроводниковых гетерофото-преобразователей концентрированного излучения и автономных модулей солнечных электростанций на их основе " ему присуждена премия Ленинского комсомола страны в области науки и техники за 1984 г. В постановке отдельных задач и обсуждении результатов работ активное участие принимали академик Ж.И. Алферов, профессор В.М.Андреев, доцент И.С. Андреев и профессор В.Д.Румянцев. Фамилии соавторов, принимавших участие в отдельных направлениях исследований, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации.

Достоверность основных положений и выводов диссертации обеспечены корректной постановкой проблемы и решаемых задач, выбором адекватных физико-математических моделей и современных вычислительных методов для их решения, строгостью анализа выведенных уравнений, ясной физической трактовкой полученных результатов и их совпадением с известными в некоторых ситуациях предельными частными случаями.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

-выявлены закономерности формообразования нагрузочных ВАХ СЭ с распределенными параметрами при любых уровнях освещенности на основе анализа многозвенной эквивалентной схемы. Предложено характеризовать внутренние омические потери в СЭ не одним параметром - последовательным сопротивлением, а двумя -эффективным сосредоточенным и эффективным распределенным сопротивлениями (К^ и Яр );

-установлены теоретически и экспериментально проверены универсальные зависимости эффективности фотоэлектрического

преобразования СЭ на основе ваАв в широком диапазоне освещенностей вплоть до глубокого насыщения;

-для плавных АЮаАв-гетероструктур теоретически предсказано и экспериментально подтверждено наличие закономерностей, связывающих фотоэлектрические явления с процессами возникающими при прохождении тока . Значение фототока, при котором объемная фотоэдс холостого хода испытывает насыщение, соответствует значению прямого тока, при котором инжектированные в градиентную р-область электроны достигают наиболее широкозонной её части;

-предложен и теоретически обоснован новый метод выявления различных типов внутренних омических потерь и дефектов в СЭ на основе прямозонных полупроводников типа ОаАя по характеру пространственного распределения в них интенсивности электролюминесценции (ЭЛ) при пропускании прямого тока;

-получены формулы для граничных концентраций неосновных носителей в базе бездрейфового транзистора в реальных условиях средних и высоких уровней инжекции. На основании этих формул получено выражение для тока эмиттерного перехода, которое . с высокой степенью точности соответствует данным эксперимента;

-доказано, что наличие встроенного поля в базе дрейфового транзистора обуславливает непосредственное влияние обратного напряжения на коллекторном переходе на значение высоты потенциального барьера эмиттерного перехода. Влияние напряжения на коллекторе на высоту барьера эмиттерного перехода обуславливает наличие положительной обратной связи тока коллектора с током эмиттера. Этим самым показано, что биполярный транзистор на гомопереходах является принципиально неустойчивой по току системой, в отличие от транзисторов на гетеропереходах;

-экспериментачьно обнаружено и теоретически исследованы особенности инжекционно-вольтаического эффекта в биполярных транзисторах;

-разработаны методы экспериментального определения значений параметров функций, аппроксимирующих ВАХ транзистора как на основе непосредственных измерений токов, так и на основе измерений значений дифференциальных параметров. Последнее дает возможность определения значений этих параметров на любой частоте сигнала и, следовательно, возможность расчета передаточных характеристик транзистора в режиме большого сигнала на любых

частотах;

-учтено влияние неоднородности продольного электрического поля в канале полевых транзисторов и явление вырождения поверхностного слоя полупроводника в МДП транзисторах. В результате получены аналитические выражения ВАХ этих транзисторов, которые во всех деталях соответствуют экспериментально наблюдаемым результатам.

Совокупность развитых и обоснованных в работе научных положений и выводов можно квалифицировать как новое научное направление в физике полупроводников, описывающее: формообразование ВАХ систем нелинейных элементов в широком диапазоне уровней возбуждения.

Основные положения, выносимые на защиту :

¡.Аналитические выражения нагрузочных ВАХ СЭ прямоугольной формы при произвольном количестве звеньев эквивалентной схемы в условиях равномерного освещения. Нагрузочные ВАХ СЭ состоят из двух частей - верхней, определяемой действием распределенного слоевого сопротивления, и нижней, определяемой действием только сосредоточенного сопротивления.

-Рабочие формулы нагрузочных ВАХ СЭ круглой конфигурации в условиях равномерного и осесимметрического неравномерного освещения.

-Наиболее выпуклую форму ВАХ имеют СЭ круглой конфигурации, что наиболее оптимально при преобразовании концентрированного солнечного излучения.

2. Внутренние омические потери в СЭ определяются двумя параметрами - эффективным распределенным (Яр), и эффективным сосредоточенным (Лс) сопротивлениям.

-Полученные в работе универсальные зависимости эффективности фотоэлектрического преобразования для СЭ на основе гетероструктур ОаАз-АЮаАз, работающих в широком диапазоне освещенностей вплоть до глубокого насыщения.

-Разработанная в диссертации методика выявления различных типов внутренних омических потерь и дефектов в СЭ с помощью наблюдения в них пространственного распределения интенсивности электролюминесценции.

-В плавных АЮаА$ - гетероструктурах значения фототока, при которых объемная фотоэдс холостого хода испытывает насыщение, соответствуют значениям прямого тока, при которых инжектированные в градиентную р-область электроны достигают наиболее широкозонной её части.

3. Сильноточные СЭ с промежуточным преобразованием излучения (ППИ-СЭ) на основе гетероструктур АЬ^-СаАя могут эффективно работать при значении коэффициента концентрации солнечного излучения вплоть до Кс~2500; Показано, что максимальная электрическая мощность, снимаемая с ППИ-СЭ 010 мм, составила 14,2 Вт при величине фототока 19 А и напряжении холостого хода 1,2 В.

-СЭ на основе гетероструктур пСаАз-рОаАв-рАЮаАз с толстым АЮаАэ слоем эффективно работают при Кс~ 1 ООО. Показано, что единичная мощность фотоэлектрических модулей на основе этих СЭ может достигать 20 Вт.

4. Математическая модель характеристики диода (6);

-Методики экспериментального определения значений трех

параметров уравнения (6) - 1ц, Ь, с.

-Экспериментально обнаружено и теоретически исследован особенности инжекционно-вольтаического эффекта в биполярных транзисторах.

-Главной закономерностью, практически полностью определяющей свойства транзистора в любой схеме включения, является зависимость тока эмиттера от напряжений на переходах.

-Предложенная нелинейная 4-х параметрическая математическая модель тока эмиттера бездрейфового транзистора (уравнение 12).

-Ток эмиттера дрейфового транзистора должен представляться экспонентой, показатель которой имеет вид (14).

-Предложенная нелинейная 4-х параметрическая математическая модель тока эмиттера дрейфового транзистора (15).

-Влияние напряжения на коллекторном переходе на высоту потенциального барьера эмиттерного р-п перехода обуславливает наличие положительной обратной связи тока коллектора с током эмиттера. Это, в свою очередь, является причиной неустойчивой работы транзисторов при напряжениях на коллекторе, превышающих некоторое значение иКБПОР, и возникновения так называемого вторичного пробоя. Значение иКБПОР снижается с ростом напряжения иБЭ .

-На основе установленной причины вторичного пробоя и изученных особенностях инжекционно-вольтаического эффекта в транзисторах разработаны и практически апробированы схемы преобразователей и составных транзисторов, устойчиво работающих при напряжениях на коллекторе в 4-5 раз и рассеиваемой на коллекторе мощности в 2-3 раза превосходящих предельно допустимые значения для отдельно взятого транзистора данного типа.

-Разработанные методики определения значений параметров математической модели ВАХ транзистора.

5. Особенности влияния неоднородности продольного электрического поля в канале полевых транзисторов и явление вырождения поверхностного слоя полупроводника в МДП транзисторах.

-Методы экспериментального определения значений параметров математической модели полевых транзисторов как на основе непосредственных измерений токов, так и на основе измерений значений дифференциальных параметров.

Практическая ценность. Предложенные методы расчета СЭ позволяют прогнозировать величину отдаваемой электрической мощности сильноточных СЭ при любых уровнях освещенности. Сильноточные ППИ-СЭ на основе гетероструктур в системе АЬАя-СаАя, сочетающие в себе широкую область спектральной чувствительности в диапазоне 400-900 нм и уменьшенное внутреннее сопротивление, могут эффективно работать при степени концентрирования солнечного излучения (К,-) Кс » 2500; с гетероструктурой пСаАз- рСаАв- рА1х Са,.х Аэ (х - 0,75, Г4А=5-10'8см"3) с толстым АЮаАз слоем (25-5-30 мкм), могут эффективно работать при 1^=1000. Показано, что единичная мощность фотоэлектрических модулей на основе этих СЭ может достигать 20 Вт. Созданные в результате проведенных исследований высокоэффективные концентраторные АЮаАз-СЭ могут быть широко использованы как для оснащения солнечных установок электроснабжения автономных потребителей в пустынных и горных районах, так и при создании крупномасштабных фотоэлектрических станций.

В диссертационной работе получены и экспериментально проверены аналитические выражения для ВАХ диодов и транзисторов, справедливые в широком диапазоне режимов работы по току и частоте; даны методы определения значений параметров этих уравнений, разработаны и апробированы комплексы программ

машинного расчета характеристик функциональных устройств любой сложности, основанных на соответствующих элементах ("Диод", "Дитранс", "Микроэлектроника").Предложены схемы инжекционно-вольтаических составных транзисторов, устойчиво работающих при значениях обратного напряжения на коллекторном переходе в 4-5 раз более высоких, чем обычно, и при рассеиваемой на коллекторе мощности в 2-3 раза превосходящей предельно допустимую для отдельного транзистора. Разработаны и проверены на практике оригинальные схемы мощных усилителей, генераторов, регуляторов и коммутаторов, устойчиво работающих в критических режимах.

Методы исследования. Определяющим в изучении закономерностей токообразования в гомогенных диодах и транзисторах являлся феноменологический метод. При этом особое внимание обращалось на корректность пренебрежения теми или иными процессами в структуре элемента, которые могут влиять на форму ВАХ этого элемента. Несущественными полагались лишь такие процессы, которые видоизменяли ВАХ в количественном отношении не более чем на 1%.

Образцами для этих исследований служили промышленные образцы диодов и транзисторов соответствующих типов. Термостабилизация осуществлялась с помощью масляных термостатов.

Что касается исследований свойств СЭ, то все образцы СЭ выращивались методом жидкостной эпитаксии на монокристач-лических подложках n-GaAs при охлаждении растворов-расплавов, насыщенных по мышьяку.

Большие значения абсолютных токов (десятки ампер), снимаемых с СЭ при высоких уровнях засветки, потребовали разработки специальных конструкций корпусов СЭ, обеспечивающих эффективный отвод от пластин СЭ электрической и тепловой мощности.

Для ППИ-СЭ использовалась фотолюминесцентная (ФЛ) методика контроля излучательных свойств структур. Исследования ФЛ и коэффициента собирания фотогенерированных носителей при низком уровне возбуждения проводились с помощью He-Ne лазера ЛГ-75, при высоком - с помощью непрерывного Кг-лазера (Я=647 нм), а также импульсных лазеров - азотного ЛГИ-21 (Х=337 нм) и лазера на красителе R6G ( "/.= 575 нм).

Для снятия нагрузочных ВАХ СЭ при концентрированной

солнечной засветке были созданы две установки со сферическими отражателями. В первой из них, предназначенной для исследований образцов 04 мм, степень концентрирования достигала Кс = 2600, во второй для образцов 010 мм и 017 мм - Кс=1800 и Кс=1000 соответственно. Отвод тепла от СЭ осуществлялся посредством водяного охлаждения корпусов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях:

1. Республиканской конференции "Фотоэлектрические яачения в полупроводниках", Ужгород, 1979 г;

2. III Расширенном заседании прикладных исследований Научного совета АН СССР. "Изыскание новых путей использования солнечной энергии", Ашхабад, 1981 г ;

3. Всесоюзной конференции "Физика соединений А3В5 ", Новосибирск, 1981 г ;

4. I Всесоюзной конференции "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов", Кишинев, 1982 г ;

5. III Всесоюзной конференции "Физические процессы в полупроводниковых гетероструктурах", Одесса, 1982 г ;

6. Республиканской конференции "Актуальные вопросы прикладной физики", Ташкент, 1985 г ;

7. II Международная конференция вузов и факультетов связи, Минск, 1992 г ;

8. Республиканской конференции "Современные проблемы телекоммуникации Республики Узбекистан и интеграции науки с производством", Ташкент 1995 г ;

9. Международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков", Ташкент, 1995 г .

10. Международной конференции "Актуальные проблемы физики полупроводниковых приборов", Ташкент , 1997 г.

Публикации. По результатам проведенных исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 58 печатных работ, список которых приводится в конце реферата.

Структура и объем диссертации. Работа по своей структуре состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 386 страниц сквозной нумерации, в том числе 244 страниц машинописного текста, 128 рисунков, 19 таблиц, а список литературы включает 230 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обращается внимание на актуальность исследований физических явлений, протекающие при заданных условиях в системах гетерогенных или гомогенных р-п переходов, а также фотоэлектрических характеристик СЭ на основе твердых растворов А1хОа|.хА$ при высоких уровнях оптического возбуждения, сформулирована цель работы и приведена краткая аннотация полученных результатов.

Глава I. Закономерности токообразования и формообразования нагрузочных вольтамперных характеристик солнечных элементов с распределенными параметрами

В этой главе рассматриваются особенности работы полупроводниковых солнечных элементов при концентрированном солнечном облучении. Здесь отмечается, что оптимальным материалом для СЭ с точки зрения получения максимального теоретического КПД является арсенид галлия. СЭ на основе гетероструктур АЮаАз-СаА"; имеют рекордные, близкие к теоретическим значения КПД при неконцентрированном солнечном облучении. При концентрировании и соответствующем увеличении плотности фототока растет напряжение холостого хода ихх и фактор заполнения ВАХ И . Таким образом, значения КПД идеализированного СЭ с одним р-п переходом лимитированы величинами 31% для Кс=1 и 37% для Кс =1000 (АМ 1.5) [5,6].

При увеличении уровня оптического возбуждения сопутствующим негативным фактором является увеличение омических потерь на внутреннем сопротивлении СЭ. Рассмотрены имевшиеся в литературе способы учета влияния внутренних омических потерь на форму ВАХ СЭ и отмечены их недостатки - чрезмерная упрощенность и неточность, либо необходимость использования численных методов расчета. Указано на желательность разработки таких методов расчета нагрузочных ВАХ СЭ, которые были бы простыми и в то же время учитывали распределенный характер омических потерь в верхнем слое и контактной сетке.

Далее рассматриваются различные типы АЮаАБ-гетероструктур, которые могут быть использованы для создания сильноточных СЭ, работающих при высоких уровнях оптического возбуждения.

"полупроводник-металл" Кк . Сопротивление Ис имеет смысл распределенного, а сопротивление Кк-сосредоточенного по отношению ко всей поверхности р-п перехода. Построены графики зависимостей безразмерных токовых координат точек излома нагрузочных ВАХ 1н j / 1ф (ЬномеР точки излома; ]=1...п) и соответствующих им характеристических сопротивлений от

безразмерной переменной д[,„Кс/2АкТ. По мере увеличения 1ф (освещенности), либо Г^ точки излома ВАХ спускаются от значения 1Ф . При использовании шкалы напряжений и=ихх-ин точки излома с одинаковыми номерами приблизительно укладываются на лучевые линии, исходящие из абсциссы и=2АкТ/ч . Показано, что нагрузочная ВАХ СЭ с распределенными параметрами состоит из двух частей - верхней части, деформированной из-за действия , и нижней части, форма которой определяется действием только Як . Рассмотрены возможности определения значений Яс и Як при исследованиях темновых ВАХ.

Аналогичным образом проведено рассмотрение ВАХ СЭ круглой конфигурации с металлической контактной сеткой на освещаемой поверхности. Получены формулы для дискретных координат нагрузочных ВАХ при равномерном и осесимметричном неравномерном освещении. Показано, что круглые СЭ при чисто распределенном характере внутренних омических потерь имеют наиболее выпуклую нагрузочную ВАХ, причем преимущественная засветка периферийных частей светочувствительной поверхности позволяет увеличить ихх и фактор заполнения ВАХ Р. Последнее обусловлено протеканием вдоль контактной сетки выравнивающего тока от освещенных участков к затененным и возникновением дополнительного падения напряжения, искажающего форму ВАХ.

Первая глава заканчивается рассмотрением способа аналитического определения фактора Р по известным координатам точек излома ВАХ. Указывается также на тот факт, что во всех проведенных расчетах значения распределенного и сосредоточенного сопротивлений, входящие в конечные выражения, не зависят от освещенности (в предположении омичности контактов и отсутствия фотопроводимости) и, следовательно, являются объективными критериями, характеризующими внутренние омические потери в каждом СЭ.

Глава II. Экспериментальные исследования влияния внутренних омических потерь на форму темновой и нагрузочных ВАХСЭ

В этой главе предлагается характеризовать внутренние омические потери в СЭ произвольной формы двумя параметрами-эффективным распределенным и эффективным сосредоточенным сопротивлениями Яр и Rq, определяемыми, например, из экспериментальных нагрузочных ВАХ. Разработан графоаналитический метод, согласно которому на экспериментальной ВАХ строятся две прямые линии, проходящие через точку ии и пересекающие ВАХ на уровне 0.95 1ф и 0.5 1ф . Котангенсы углов наклона этих прямых имеют смысл сопротивлений и обозначаются как R 0 95 и R 0.s ■ Тогда

Rp = 36 [0.62 • R0.5 - R0.95 +

+ J(0.62ROS - R0.95)2 - 0.4Ro.95(0.95Ro.5 - R095)2 ], (1)

RC = 1.1R0.95-0.15R*P-Rä. (2)

Здесь Rfl=2AKT/qI0 - среднее динамическое сопротивление p-n перехода. В качестве примера проведено сравнение расчетных и экспериментальных нагрузочных ВАХ для круглого СЭ 017 мм со структурой nGaAs-pGaAs-pAlGaAs и радиально-кольцевой контактной

сеткой (Rp=2,4 Ю"2 Ом; Rb=l,8 Ю"3 Ом; 1Ф=40,Ю0,150 и 200 А).

* *

Использование двух параметров - Rp и Rc, для описания омических потерь в СЭ позволяет расчетным путем определять выходную электрическую мощность при любой освещенности (ограничением сверху этого диапазона является возникновение нелинейных эффектов). Критерием пригодности СЭ для работы в интересующем диапазоне значений 1ф будет близость к 1 отношения Р/Р0 (эффективности фотоэлектрического преобразования), где Р - электрическая мощность, генерируемая СЭ в точке оптимальной нагрузки ВАХ при данном 1Ф ; Р0 - максимальная электрическая мощность, которую генерировал бы этот СЭ при той же освещенности в отсутствие внутренних омических потерь. Во втором параграфе главы II проведено теоретическое построение и экспериментальная проверка зависимостей Р/Р0 от безразмерной переменной [1Ф( Rc + Rp)]/U хх при различных значениях отношения Rp/Rc, для арсенид - галлиевых СЭ (Т=300 К). Экспериментальные

образцы ППИ-СЭ и СЭ со структурой nGaAs-pGaAs-pAlGaAs, имеющие различную конфигурацию верхнего контакта; значения плотностей фототока - весь практически интересный диапазон O.Ol<j0<lOO А/см2 (импульсный режим); вариации Rp/Rc~ чисто сосредоточенный, смешанный и чисто распределенный характер внутренних омических потерь. Определена область значений переменной, в которой СЭ могут работать как пропорциональные датчики освещенности без обратного смещения (1КЗ=1Ф). Хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных подтверждает возможность практического использования полученных зависимостей Р/Р0 для прогнозирования величины отдаваемой мощности СЭ различной конфигурации в широком диапазоне освещенностей.

Параграф 3 посвящен сравнению расчетных и экспериментальных темновых ВАХ и обоснованию электролюминесцентной (ЭЛ) методики исследования дефектов и внутренних омических потерь в СЭ на основе GaAs. Исследовались образцы прямоугольной формы с полосковыми контактами. Темновые ВАХ снимались в импульсном режиме. С помощью ИК - микроскопа визуально наблюдаюсь, а также записываюсь распределение интенсивности ЭЛ по поверхности СЭ, которое было пропорционально распределению прямого тока. Независимо измерялись значения слоевого и контактного сопротивлений. Заметное расхождение расчетных и экспериментать-ных ВАХ наблюдалось лишь в области больших токов. В этом случае ток локализуется под контактами и используемая эквивалентная схема перестает правильно отражать суть явлений.

При наблюдениях пространственного распределения ЭЛ легко обнаруживаются различные дефекты образцов. При плавном увеличении прямого тока можно зафиксировать ту границу диапазона токов, до которой распределенным сопротивлением можно пренебречь. Неоднородность свечения образцов указывает на причину появления распределенного сопротивления - плохое растекание тока по фронтальной полупроводниковой области или по металлизированной контактной сетке. Сосредоточенная составляющая внутреннего сопротивления СЭ выявляется при измерениях прямого падения напряжения, производимых одновременно с наблюдениями ЭЛ.

Сопоставление фотоэлектрических и электролюминесцентных свойств СЭ оказывается весьма полезным и при изучении объемной фотоэдс в плавных AlGaAs-гетероструктурах [7] при высоких - уровнях возбуждения (параграф 4). На основании теоретического рассмот-

рения, подтвержденного экспериментами, установлено, что распределение инжектированных электронов в градиентной р-области при больших значениях прямого тока 1п (п»р ) может служить хорошей оценкой распределения электронов в режиме холостого хода при интенсивном освещении р-области ( |1п 1= |1ф I). Это позволяет использовать режим пропускания прямого тока для оценки значений фототока, при которых объемная фотоэдс холостого хода достигает насыщения. Насыщение происходит, когда высокий уровень возбуждения реализуется во всей области переменного состава. В режиме прямого тока это соответствует реализации высокого уровня инжекции во всем градиентном р-слое, когда инжектированные электроны достигают наиболее широкозонной его части. Последнее обнаруживается по появлению коротковолновой (красной) ЭЛ, вызванной рекомбинацией высокоэнергетических электронно-дырочных пар. Таким образом, при электролюминесцентных исследованиях на экспериментальных образцах со сплошными контактами могут быть определены рабочие плотности фототока для данной гетероструктуры. При использовании полосковых контактов визуальное наблюдение распределения красной ЭЛ по поверхности образца позволяет определить условия, при которых эффекты растекания тока не препятствуют получению высокого уровня возбуждения на всей светочувствительной поверхности.

Глава III. Исследование фотоэлектрических характеристик AlGaAs - СЭ при концентрированном солнечном облучении

В первом параграфе данной главы приводятся результаты исследований ППИ-СЭ. Исследовались структуры с различными толщинами первого pAlxGa,.xAs слоя и различными уровнями легирования NA этого слоя. По уровню легирования различались три типа образцов: "слабо", "умеренно" и "сильно легированные" образцы, для которых уровень легирования NA первого слоя составлял, соответственно, 2Т017 см"3 , 5Т017 см"3 и 1018 см"3 .

При напряжении на р-n переходе более 1,1 В были измерены значения j0 = 10"18-s-10"19 А/см2 и А=1(300 К), что соответствует чисто инжекционному механизму протекания темнового тока через переход. Для "сильно легированных" СЭ 010 мм в диапазоне токов 0,5-5-5 А реализовывалось предельное значение фактора заполнения нагрузочной ВАХ для р-n перехода в GaAs при Т=300 К - F = 0,9.

С помощью ЭЛ исследований образцов 010 мм было установлено, что в " сильнолегированных " образцах причиной уменьшения коэффициента заполнения ВАХ F по мере роста тока в большей степени является сопротивление индиевой контактной сетки, в "умеренно легированных" - сопротивление р-слоя, в "слабо легированных"- сопротивления р-слоя и контактное сопротивление.

Вид спектров фоточувствительности ППИ-СЭ определяется двумя факторами - потерями на промежуточное преобразование излучения (спад чувствительности в области 700-800 нм) и потерями в наружном широкозонном слое AlxGa,.xAs за краем "прямого" поглощения ("хвост" чувствительности при Х< 500 нм). Последние определяются толщиной широкозонного слоя. При уменьшении толщины верхнего слоя реализована коротковолновая чувствительность ППИ-СЭ вплоть до 300 нм. При повышении интенсивности засветки вследствие частичного насыщения безизлучательных каналов рекомбинации, связанных с поверхностными состояниями, наблюдалось увеличение чувствительности в коротковолновом диапазоне.

Образцы с оптимальным значением уровня легирования NA~5-1017 см'3 при концентрированном солнечном облучении имели выходную электрическую мощность до 14,2 Вт ( образец 010 мм, степень концентрирования Кс= 1800, КПД=15% ). Для СЭ 04 мм были получены значения КПД фотоэлектрического преобразования 18,2% и удельной электрической мощности 34 Вт/см2 (в пересчете на облучаемую поверхность) при Кс=2600.

Полученные результаты показывают, что ППИ-СЭ могут эффективно работать при степени концентрирования Ks2500.

Во втором параграфе третьей главы приводятся результаты исследования СЭ со структурой nGaAs-pGaAs-pAlGaAs. Образцы имели диаметр светочувствительной поверхности до 17 мм. Использованные контактные структуры обеспечивали эффективный сбор фототоков до 150 - 170 А при плотностях тока до 50-70 А/см2 . Для образцов диаметром 17 мм при возбуждении импульсной лампой ИСК-25 получены факторы заполнения ВАХ F=0,80+0,87 при 1ф=20 А и 1^=1,2 В (300 К).

По результатам исследования зависимостей между jK3. и U^ при различных Т была построена серия кривых Uxx = f (Т) при плотностях тока короткого замыкания = 0,02; 2,5; 10 и 15 А/см2 . В образцах

СЭ скорость уменьшения Uxx составляла 2,1 мВ/К при j^j =0,02 А/см2 и уменьшалась до 1,5 мВ/К при jK3 = 15 А/см2 . Плотностям тока JK3 >1 А/см2 соответствовало значение параметра А=1 (инжекционный механизм протекания темнового тока) при комнатной температуре и более высоких . Значение j0 при Т=300 К составляло j0 = 10"ls А/см2 и плавно увеличивалось до ~10"7 А/см2 при Т = 500 К.

При натурных исследованиях образцов 010 мм наибольшие значение КПД=21,6% в пересчете на облучаемую поверхность было получено при умеренных коэффициентах концентрирования (1^=130). Во время измерений корпус СЭ охлаждался водой, но при К^-ЮОО нагрев образцов 010 мм уже становится заметным-происходит уменьшение значений Uxx. В этом же диапазоне довольно резко падает и КПД преобразования солнечной энергии в электрическую: от 17,9% при IQ. =916 до 14,5% при К,- =1280 (образец 010 мм).

Полученные результаты показывают, что СЭ с достаточно толстым слоем AlGaAs могут быть успешно использованы для преобразования концентрированного солнечного излучения при степенях концентрирования до Кс~1000.

В третьем параграфе рассмотрено использование универсальных зависимостей эффективности фотоэлектрического преобразования Р/Р„ применительно к проблеме увеличения единичной мощности

концентраторных фотоэлектрических модулей на основе СЭ со

* *

структурой nGaAs-pGaAs-pAlGaAs. Влияние Rc и Rp на эффективность фотоэлектрического преобразования по мере увеличения площади S СЭ или степени концентрирования светового потока оценивалось при Rc~610"3 Омсм2 (из расчета на всю светочувствительную поверхность образца); Rp~210"2 Ом.

Влияние Rc заключается в уменьшении отношения Р/Р0 по мере увеличения плотности фототока в области малых значений S. При больших площадях определяющим становится действие Rp. Заметное уменьшение Р/Р0 (до уровня 0,85) происходит на абсолютных токах 15+50 А (для Кс~1000 на 1ф~30 А при S ~ 3 см2 ). Таким образом, для используемых структур при отработанной контактной технологии и степени концентрирования солнечного излучения Кс~1000 следует ожидать почти линейного увеличения выходной электрической мощности с увеличением площади СЭ вплоть

до Э ~ 2,3 см2 ( 017 мм). Проведенные натурные испытания СЭ диаметром 8 и 17 мм в целом подтвердили эти предположения. Например, при водяном охлаждении с образца 017 мм снималась электрическая мощность 19,6 Вт (Кс=815, КПД= 18%). Дальнейшее увеличение единичной мощности СЭ будет сопровождаться заметным падением эффективности преобразования из-за действия контактного сопротивления между металлической сеткой и р-областью СЭ (при увеличении степени концентрирования Кс) и сопротивления растекания контактной сетки (при увеличении площади СЭ для фиксированного значения Кс), а также за счет усиливающихся тепловых эффектов, приводящих к уменьшению и,« .

В четвергом параграфе приводятся результаты исследования деградации СЭ 017 мм при термоциклировании. Нагревание образцов осуществлялось за счет пропускания через них прямого тока. Одновременно с испытаниями на термоциклирование производилось визуальное наблюдение пространственного распределения интенсивности ЭЛ образцов с помощью ИК-микроскопа. СЭ выдерживали более 5000 термоциклов с ДТ= 70 К без изменения выходных параметров.

Пятый параграф содержит краткое описание конструкции и результаты испытаний автоматической СФЭУ мощностью 200 Вт на основе восемнадцати сильноточных АЮаАз-СЭ с воздушно-конвекционным охлаждением, а также СФЭУ с пиковой мощностью 45 Вт с концентраторами излучения на линзах Френеля, пригодной для практического использования (например, для питания аппаратуры необслуживаемых объектов связи).

Глава IV. Закономерности токообразования и формообразования ВАХ полупроводниковых диодов

В данной главе рассматривается классическое идеализированное уравнение тока р-п перехода

1Д =10[ехр*(чи0/кТ)-1] (3)

и анализируется правомочность допущенной идеализации.

В уравнении (3) 10 - так называемый ток насыщения обратно смещенного р-п перехода; Ц, - внешнее напряжение на р-п переходе в вольтах ; кТ/^ - термодинамический потенциал (средняя энергия теплового движения свободных носителей заряда, выраженная в электроновольтах).

Известно [8-14], что уравнение (3) не соответствует реально наблюдаемой зависимости тока диода от напряжения на нем. Это несоответствие обусловлено прежде всего тем что перенос заряда между п и р-полупроводниками диода обусловлен всегда двумя механизмами: - инжекцией (экстракцией) носителей через р-п переход и рекомбинацией (генерацией) носителей в самом возмущенном переходе.

Уравнение (3) предполагает существование только первого механизма. Однако, при низких напряжениях на переходе определяющим является второй механизм, который обуславливает зависимость тока от напряжения в виде [8]

1д=10[ехр(Чи0/2кТ)-1], (4)

где 10 - параметр, на несколько порядков превышающий значение параметра 10.

Таким образом, ток диода должен представляться суммой двух экспонент с существенно различными как предэкспоненциачьными множителями так и показателями степени экспонент.

В достаточно узком диапазоне режима работы диода сумма двух экспонент может быть аппроксимирована одной экспонентой вида

1Д = 1^(ехр(Чи0 / АкТ) - 1) = 1^(ехр(Ъ,и0) -1) , (5)

где 1д и Ь* некоторые средневзвешенные значения, соответственно,

параметров 10 , 10 и я/кТ, 1/2кТ.

Обычно использует именно эту аппроксимацию, именуя параметр А поправкой на идеализацию .

Однако, уравнение (5) не может аппроксимировать ВАХ диода в широком диапазоне режима его работы по трем существенным причинам

1. Значения параметра Ь* как средневзвешенное значение величин (1/кТ и я/2кТ, определяется долевым участием инжекционного и рекомбинационного механизмов переноса заряда. Это долевое участие изменяется с изменением режима работы . Следовательно , значения Ь* должно зависит от значения 1д .

2.Уравнение (3) для тока инжекции получено в том предположении ,что поток свободных носителей заряда данного знака падающий извне на каждую из границ р-п перехода остается одинаковым как в отсутствии , так и при наличии внешнего

напряжения на переходе и определяется значением равновесной концентрации этих носителей на соответствующей границе и средней скоростью их теплового движения Но это предположение безусловно неверно и в тем большей степени , чем больше значение тока . При наличии внешнего напряжения на переходе нарушается хаотичность движения носителей вне р-п перехода . Появляется направленное движение. Изменяются и фактические значения концентрации носителей на границах по сравнению с их равновесными значениями. Отсюда следует, что показатель экспоненты в уравнении (3) должен зависит от величины 1д .

Аналогично обстоит дело и с уравнением (4) для тока рекомбинации .

З.При заданном значении приложенного к диоду напряжения ид , значение падение напряжения на р-п переходе Ц, (которым определяется изменение высоты потенциального барьера ) должно зависит от значения 1д вследствие наличия объемного сопротивления области вне р-п перехода .

На основании вышеизложенного предлагается следующая математическая модель ВАХ диода

1д =1о[ехр(Ьид-с1д)-1] . (6)

Экспериментально подтверждена высокая степень точности предложенной аппроксимации в широком диапазоне режима работы диода .

Кроме этого в данной главе детально рассмотрены особенности характеристик выпрямительных диодов и стабилитронов, вольт-фарадные характеристики варикапов, динамические свойства диодов, а так же методы экспериментального определения значений параметров нелинейных математических моделей диодов и методика расчета диодных устройств с помощью ПЭВМ.

Глава V. Закономерности токообразования и формообразования ВАХ биполярных транзисторов и тиристоров

В первых двух параграфах этой главы дана общая постановка задачи, основные закономерности токообразования, составляющие токов электродов, физические параметры транзистора. В частности, показано, что основной зависимостью, определяющей практически полностью свойства транзистора в любой схеме включения, является зависимость тока эмиттера от напряжений на эмиттерном и

коллекторном переходах.

В третьем параграфе дано корректное решение уравнений для значений граничных концентраций неосновных носителей заряда в базе бездрейфового транзистора.

Исходя из общего уравнения для электронной компоненты тока проводимости в п-р переходе, нетрудно прийти к следующему интеграчьному уравнению

*

~>-и°)=! (7) О ^ п Нх

в котором: (р - контактная разность потенциалов на переходе, и„ - истинное значение внешнего напряжения на переходе, х'-ширина п-р перехода, 1ппр<)в - значение электронной компоненты тока

„ „ с!п

проводимости в данном сечении перехода, ааОп — - электронная

(1х

компонента тока диффузии в том же сечении.

В соответствии с уравнением непрерывности,, электронная компонента тока проводимости при х =х" равна электронной компоненте тока инжекции 1пинж . На этом основании электронная составляющая тока проводимости в любом сечении может быть представлена как произведение 1п.проа.= Р(х) 'п.икж. > гдс р(х) некоторая убывающая функция.

Применяя к (7) теорему о среднем, получим

-¿(<р-ио) = (1-0-1п.инж) | -¿=(1-0-1п.инж.)1пХ (8)

Пп "

В этом уравнении п„ - концентрация электронов в п-полупроводнике, п6 - концентрация электронов в р-базе на границе п-р перехода, О-среднее по ширине перехода значение величины

Р(х)

О(х);

г ^ ап

С = - 1 "ТГ (9)

Х 0

Таким образом, значение граничной концентрации электронов в базе возмущенного п-р перехода эмиттер-база равно

или, учитывая что пр = пп ехр(-я<р / кТ),

п.инж.

(Ю)

Оценки показывают, что величина в • 1п нн ж много меньше единицы (порядка 10"2^10"3), что и служило основанием для пренебрежения вторым членом в показателе экспоненты (10) по сравнению с первым, и граничная концентрация записывалась как

Однако такое пренебрежение неправомочно, поскольку речь идет о величинах, стоящих в показателе экспоненты. Значение пбэ даваемое (10), в реальных условиях меньше даваемого (11) значения на 10 и более процентов.

Аналогичным путем может быть получено выражение для концентрации электронов в базе на ее границе с коллекторным переходом - п6к . Далее, на основе этих значений, нетрудно получить выражение для тока диффузии электронов в базе на ее границе с эмиттерным переходом, т.е. значение электронной составляющей тока эмиттера.

Проделав эти операции, придем к следующему уравнению для тока эмиттера бездрейфового транзистора в режиме открытого транзистора

Значение параметра "с" связано со значением параметра в. Параметр g имеет размерность проводимости и связан с эффектом Эрли.

В четвертом параграфе детально рассматриваются условия и закономерности токоформирования в дрейфовых транзисторах. В отличие от молчаливо предполагаемой в технической литературе тождественности характеристик бездрейфовых и дрейфовых транзисторов, в данной работе показано принципиальное отличие последних, обусловленное наличием прямого влияния значения напряжения на коллекторном переходе на высоту потенциального барьера эмиттерного перехода.

Решение уравнений Пуассона для транзисторной структуры с

пб э=прехр-^и0.

(П)

1Э =(100 + 8икб)ехР(Ьэибэ-с !э)-

(12)

заданным распределением примесей в ней позволяет получить общее выражение для высоты потенциального барьера эмиттерного перехода. Из него следует, что ток эмиттера в активном режиме должен определяться экспонентной, показатель которой имеет вид

п = 1

. .2 2

(13)

Ф

где , <р=кТД[, и6э - напряжение база-эмиттер, Е6 и Е5 - значения напряженности электрического поля в неоднородной базе в состоянии термодинамического равновесия и при заданном напряжении на коллекторном переходе, соответственно. Величины РиО* равны

1

0 =

& =

ОКАо + аЕб - Оа1Чдэ • хэ :

_1_

С^Ао + аЕ6 - • Хэ

В этих выражениях О=с}/с0е; Nд0 - концентрация акцепторной примеси в базе на её технологической границе с эмиттерной п-областью; а - параметр экспоненциальной функции распределения акцепторной примеси в базе, связанный со значением Е6 соотношением Е6 =-<ра ; Мдэ -концентрация донорной примеси в

эмиттерной области, хэ и Хд- ширина лежащей в эмиттерной области части эмиттерного перехода, соответственно в условиях термодинамического равновесия (хэ) и при заданном значении ибэ(Хэ).

С достаточно высокой степенью точности можно полагать, что

хэ= хэ "^бэ • В таком случае, как показано в диссертационной работе,

О* = О ( 1 - 50СаЫДэиб э) = Э - Пи5 з.

В работе так же показано, что Е^ обязательно возрастающая функция обратного напряжения на коллекторном переходе и, в первом приближении, ее можно считать квазилинейной, т.е.

.2 2 Еб =Е6+0ик6-Учитывая все сказанное, приходим к заключению

П =1

ф

2

1 + лЕ 6 + леи к6

и6э-—ик6. (14) ф

Многочисленные экспериментальные данные показывают, что

ток эмиттера дрейфовых транзисторов всех типов с высокой степенью точности аппроксимируется уравнением

1э=10ехр[(Ьэ+хик6)и6э-цик6], (15)

что полностью соответствует теоретически полученному выражению (14). При этом

М1 + т1Еб2)'

х = -ле, (16)

ф

ц = —О0 .

ф

Выражения (16) дают возможность естественного объяснения двух наблюдаемых на опыте обстоятельств. Первое обстоятельство заключается в том, что значение параметра "Ьэ" у дрейфовых транзисторов различных типов варьирует в более широких пределах, чем это имеет место у бездрейфовых транзисторов. Как отмечалось, значение "Ьэ" в бездрейфовых транзисторах определяется лишь мерой долевого участия инжекционного и рекомбинационного механизмов переноса заряда. В дрейфовых транзисторах, как видим, добавляется фактор встроенного поля в базе транзистора, существенно зависящий от характера распределения примеси в базе.

Второе обстоятельство заключается в том, что, хотя значения параметров % и ц у различных типов транзисторов могут сильно различаться (в два и более раза), отношение этих параметров остается практически постоянным. Из (16) следует, что ц/х=1/50СаКдэ . Можно показать, что значение параметра 5 практически обратно

пропорционально произведению аЫ,, , что и обуславливает

Дэ

независимость ц/х от типа транзистора (технологических параметров его структуры).

В последующих параграфах настоящей главы рассматриваются математическая модель токов электродов транзистора в режиме насыщения, инжекционно-вольтаический эффект в биполярных транзисторах, динамические свойства биполярных транзисторов, пробои транзисторов и способы расширения области его устойчивой работы, методика аналитического расчета передаточных характеристик различных транзисторных устройств в режиме большого сигнала, закономерности токообразования в тиристоре и особенности его ВАХ.

Инжекционно-вольтаическим эффектом в транзисторах мы назвали явление аналогичное описанному ранее фото-вольтаическому эффекту в СЭ и заключающемуся в генерации напряжения на коллекторном переходе под действием тока эмиттера. Величина этого напряжения и, соответственно, ток коллектора будут определяться значением сопротивления в цепи коллектора (рис.1,а,б).

1П

ЛА"

1К1

а)

6)

Рис.1.

При Ян=0, напряжение иКБ|=0, 1к|к1э|=1и. При возрастании К,, ток коллектора , будет оставаться практически постоянным, а прямое напряжение на коллекторном переходе будет расти. При достаточно большом значении Кн прямой ток коллекторного перехода станет равен току инжекции эмиттера и полный ток коллектора станет равен нулю. (рис. 1,6). Значение иКЕ1= ии.вэдс в этой точке будет соответствовать , примерно, значению и ЭБ1.

Из этого факта непосредственно следует , что, если к данному транзистору подключить второй транзистор, объединив их базы (рис.2,а), то ток эмиттера второго транзистора будет ограничен значением тока первого транзистора, если только второй транзистор будет более узкозонным (рис.2,б). Но, ограничение тока эмиттера транзистора, есть главное условие нарушения положительной обратной связи тока коллектора и эмиттера и , следовательно, условие стабильной работы составного транзистора в широком диапазоне.

к

БА2 I

3 I 1к I <ут1 I I______!

1к1 —

а)

тт а а а и

'И) »32 Ь! М Ц

I 1Э2=Г(иЭБ2)

1К1=Щ1КЕ1> I

б) Рис.2.

Глава VI. Закономерности токообразования и формообразования ВАХ полевых транзисторов

В первых трех параграфах этой главы детально рассмотрены потенциальные диаграммы структуры полевого транзистора с затвором на р-п переходе, его теоретически ожидаемые и реальные статические характеристики. Наиболее существенным для этой части работы является положение о том, что общепринимаемое допущение об однородности концентрации носителей заряда в токопроводящем канале фактически неправомочно. Концентрация носителей возрастает от истокового конца канала к его стоковому концу, обуславливая различие значений напряжений отсечки на этих концах. Это проявляется в том, что значение напряжения сток-исток и£и ,при котором фактически имеет место переход от режима плавного

В параграфах 4 и 5 рассматриваются МДП - транзисторы с индуцируемым и встроенным каналами. Особо значимым и выносимым на защиту научным положением в этой части работы является, помимо учета факта неоднородности концентрации носителей в канате, учет возможности вырождения поверхностного слоя полупроводника при напряжении затвор-подложка (изп), превышающем некоторое пороговое значение иВЫР . При изп > иВЫР и заданном значении иси канал может представлять либо вырожденный полупроводник по всей своей длине (при малых значениях иси), либо состоять из участка вырожденного полупроводника, переходящего в участок обычного инвертированного полупроводника, прилегающего к стоку. Характерной особенностью ВАХ в этом режиме (изп > ивыР ) является отсутствие участка насыщения на стоковых характеристиках, падение практически до нуля крутизны сток-затворных характеристик. Расчеты и данные эксперимента показывают, что максимум крутизны сток-затворной характеристики МДП-транзисторов соответствует значению изп=ивыР.

В шестом параграфе этой главы обосновывается нелинейная математическая модель характеристик полевого транзистора, справедливая для любых транзисторов при условии изп<ивыР. В режиме плавного канала

1с =В[(изп-и1Пор)иси-аис2и], (17)

в режиме насыщения

1с = ¿(изп " и1ПО р)2{1 + {£иси -¿(изп - из.по р)|. (18)

Если рассматривается транзистор с затвором на р-п переходе

следует, естественно, поставить (изотс- изи ).

Параметр из п0р - это пороговое значение напряжения изп при котором, либо индуцируется проводящий канал (для транзисторов с индуцируемым канатом), либо исчезает встроенный канат (для транзисторов со встроенным канатом).

Параметр В - (относительная крутизна характеристики транзистора), имеющий размерность мА»В"2 , равен

В = Ъ ц С0 /Ь,

где X - ширина затвора на поверхности полупроводника, ц- подвижность носителей заряда в каначе полупроводника,С0 - ёмкость

или МДП транзистор со встроенным каналом, то вместо (изи - 1Л П0Р)

единицы площади затвора, Ь - длина канала.

Параметр а - определяет степень влияния неоднородности продольного электрического поля (неоднородности концентрации носителей) полевых транзисторов.

Параметр g - имеющий размерность В"1 , характеризует эффект модуляции длины каната полевого транзистора в режиме насыщения (пространственного заряда на стоковом конце).

В следующих параграфах рассматриваются дифференциальные параметры полевых транзисторов и их эквивалентные схемы в режиме малого сигнала. Далее налагается разработанная методика расчета передаточных характеристик усилителей и инверторов на основе МДП транзисторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

А. Основные результаты работы, посвященной изучению закономерностей токообразования и формообразования ВАХ в солнечных элементах и диодах, заключаются в следующем:

1. Впервые выявлены закономерности формообразования нагрузочных ВАХ СЭ с распределенными параметрами при любых уровнях освещенности на основе анализа многозвенной эквивалентной схемы в условиях равномерного освещения. Показано, что нагрузочные ВАХ СЭ состоят из двух частей: верхней, деформированной из-за действия распределенного слоевого сопротивления, и нижней, форма которой определяется действием только сосредоточенного сопротивления.

2.Впервые предложено характеризовать внутренние омические потери в СЭ с произвольной конфигурацией верхнего контакта не одним параметром - последовательным сопротивлением, как это делается обычно, а двумя - эффективным распределенным и эффективным сосредоточенным сопротивлениями ( Яр и Яс).

3.Теоретически и экспериментально показано, что наиболее выпуклую форму ВАХ имеют СЭ круглой конфигурации - наиболее оптимальной с точки зрения преобразования концентрированного солнечного излучения. Неравномерность освещения СЭ сильно влияет на выходную электрическую мощность, уменьшая напряжение холостого хода и фактор заполнения ВАХ при более интенсивной засветке центра светочувствительной поверхности, и, действуя обратно, при засветке периферийных участков.

4.Впервые установлены теоретически и экспериментально проверены универсальные зависимости эффективности фотоэлектрического преобразования для СЭ на основе гетероструктур ОаАв-АЮаАз, работающих в широком диапазоне освещенностей вплоть до глубокого насыщения (0,01^ф£ 100 А/см2 ;Т=300 К).

5.Впервые предложен и теоретически обоснован новый метод выявления различных типов внутренних омических потерь и дефектов в СЭ на основе прямозонных полупроводников типа СаЛя по характеру пространственного распределения в них интенсивности электролюминесценции при пропускании прямого тока.

6.Для плавных АЮаАБ - гетероструктур теоретически предсказано и экспериментально подтверждено наличие закономерностей, связывающих фотоэлектрические явления с процессами , возникающими при прохождении тока. Значение фототока, при котором объемная фотоэдс холостого хода испытывает насыщение, соответствует значению прямого тока, при котором инжектированные в градиентную р-область электроны достигают наиболее широкозонной ее части.

7.Впервые показано, что сильноточные СЭ:

-с промежуточным преобразованием излучения на основе гетероструктур в системе А1А5-ОаА8, сочетающие в себе широкую область спектральной чувствительности в диапазоне 400-900 им и уменьшенное внутреннее сопротивление, могут эффективно работать вплоть до Кс ~2500;

-с гетероструктурой пОаАэ - рСаАз-рАЮаАз (х~0,75, Мл=5'1018 см"3 ) с толстым АЮаАБ слоем (30 мкм) могут эффективно работать при Кс~1000.

Продемонстрирована работоспособность сильноточных АЮаАя-СЭ в составе полностью автономной солнечной фотоэлектрической установки (СФЭУ) мощностью 200 Вт с зеркальными концентраторами, а также СФЭУ с пиковой мощностью 45 Вт с концентраторами излучения на линзах Френеля, пригодных для практического использования (например, для питания аппаратуры необслуживаемых объектов магистральной связи).

8.Получены аналитические выражения для ВАХ диодов, раскрывающие связь физических параметров диода с микропараметрами материала и удовлетворительно соответствующие экспериментальным данным в широком диапазоне режима работы диода. Предложены двух- и трехпараметрические нелинейные

математические модели статических и динамических характеристик полупроводниковых выпрямительных, детекторных диодов, варикапов и стабилитронов. Разработаны методы экспериментального определения значений параметров этих математических моделей. Создан банк данных по значениям параметров математических моделей распространенных типов диодов.

Б. Основные результаты работы, посвященной изучению закономерностей токообразования в транзисторах, заключаются в следующем:

9. Впервые теоретически и экспериментально исследованы особенности инжекционно-вольтаического эффекта в транзисторах и указаны способы его практического использования при конструировании мощных генераторов тока.

10. Показана недопустимость отождествления закономерностей токообразования (зависимостей токов от напряжений на переходах) в бездрейфовых и дрейфовых транзисторах. Получены формулы для. граничных концентраций неосновных носителей в базе бездрейфового транзистора в реальных условиях средних и высоких уровней инжекции. На основании этих формул получено выражение для тока эмиттерного перехода, которое с высокой степенью точности соответствует данным эксперимента.

11. Впервые теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что, наличие встроенного поля в базе дрейфового транзистора обуславливает непосредственное влияние обратного напряжения на кохлекторном переходе на значение высоты потенциального барьера эмиттерного перехода. Влияние напряжения на коллекторе на высоту эмиттерного перехода обуславливает наличие положительной обратной связи тока коллектора с током эмиттера. Этим самым показано, что биполярный транзистор на гомопереходах является принципиально неустойчивой по току системой, в отличие от транзисторов на гетеропереходах. В соответствии с установленной причиной развития вторичного пробоя предложены схемы инжекционно-вольтаических составных транзисторов, устойчиво работающие при значениях обратного напряжения на коллекторном переходе в 4-5 раз более высоких, чем обычно, и, при рассеиваемой на коллекторе мощности в 2-3 раза превосходящей предельно допустимую для отдельного транзистора.

12. Впервые учтено влияние неоднородности продольного

электрического поля в канале полевых транзисторов и явление вырождения поверхностного слоя полупроводника в МДП транзисторах. Разработаны методы экспериментального определения значений параметров функций, аппроксимирующих ВАХ транзисторов как на основе непосредственных измерений токов, так и на основе измерений значений дифференциальных параметров. Создан банк данных по значениям параметров математических моделей распространенных типов транзисторов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

- I -

А1.Алферов Ж.И., Арипов Х.К., Егоров Б.В. Ларионов В.Р., Румянцев В.Д., Федорова О.М., Эрнандес Л. Исследование гетерофотоэлементов с промежуточным преобразованием излучения при высоких уровнях засветки // ФТП. 1980. Т.14,Ы 4.С. 685-690.

А2.Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Расчет вольтамперных характеристик солнечных элементов с распределенными параметрами // ФТП. 1981. Т.15. N 4.С. 667-675.

АЗ.Алферов Ж.И., Андреев В.М., Арипов Х.К., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д. Модель автономной солнечной установки с гетерофотоэлементами и концентраторами излучения // Гелиотехника 1981. N 2.С. 3-6.

А4.Алферов Ж.И., Арипов Х.К., Егоров Б.В., Королева Н.С., Ларионов В.Р., Нуллер Т.А., Румянцев В.Д., Федорова О.М. Исследование солнечных элементов с гетеропереходами СаАв -АЮаАв при высоких уровнях оптического возбуждения // ЖТФ, 1981. Т 51, N 12. С. 2550-2553.

А5.Алферов Ж.И., Андреев В.М., Арипов Х.К., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д. Солнечная фотоэлектрическая установка мощностью 200 Вт на основе АЮаАв - гетерофотоэлементов и зеркальных концентраторов // Гелиотехника. 1981. N 6. С. 3-6.

Аб.Алимов А.К., Усманов М.У., Умаров Г.Я., Арипов Х.К., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д. Исследование зеркальных концентраторов, предназначенных для работы с сильноточными солнечными элементами // Гелиотехника. 1982. N 1. С. 35-37.

А7.Вердиев М.Г., Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Испарительные системы теплоотвода солнечных фотоэлектрических преобразователей

энергии // Гелиотехника. 1982. N 3. С. 14-18.

А8.Арипов Х.К., Румянцев В.Д., Юферев B.C. Связь объемной фотоэдс с механизмом протекания прямого тока в плавных AlGaAs -гетероструктурах // ФТП, 1982.Т.16. N 6. С. 1032-1036.

А9.Арипов Х.К., Егоров Б.В., Королева Н.С., Ларионов В.Р., Нуллер Т.А., Родригее Х.А., Румянцев В.Д. Исследование возможностей увеличения единичной мощности концентраторных фотоэлектрических модулей на основе AlGaAs - гетерофотоэлементов // Гелиотехника. 1983. N 1. С. 10-13.

АЮ.Костыгов A.C., Корчунов Б.Н., Пеллер О.В., Федоров В.Ю, Хохлов Г.Г., Румянцев В.Д., Колчина A.A., Арипов Х.К. Способ получения характеристики тепловых труб для охлаждения полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей // Известия АН СССР. сер. физическая. 1983.Т 47. N 2. С. 399-402.

АП.Арипов Х.К., Королева Н.С., Ларионов В.Р., Нуллер Т.А., Румянцев В.Д. Электролюминесцентные исследования солнечных pAlGaAspGaAs-nGaAs гетерофотоэлементов с распределенными параметрами // ЖТФ. 1983. Т 53. N 2. С. 329-332.

АП.Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Закономерности формообразования нагрузочных ВАХ СЭ с распределенными параметрами // ФТП. 1983. Т.17. N 6. С.358-361.

А13.Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Солнечные элементы с распределенными параметрами. 1. Вольтамперные характеристики при равномерном и неравномерном освещении. // Гелиотехника. 1983. N 4. С.6-10.

АН.Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Солнечные элементы с распределенными параметрами. 2.Эффективность фотоэлектрического преобразования // Гелиотехника. 1983. N 5. С. 6-10.

А15.Арипов Х.К., Румянцев В.Д., Эрнандес Л. Учет влияния распределенных сопротивлений фронтального слоя и контактной сетки на форму нагрузочных характеристик солнечных элементов // Гелиотехника. 1986. N 5. С.3-6.

А16.Арипов Х.К., Исаев Р.И., Махкамджанов Б.М., Мансуров М.С., Румянцев В.Д., Устинов С.А. Результаты долговременных испытаний фотоэлектрической установки на основе AlGaAs-гетерофотопреобразователей и концентраторов излучения // Гелиотехника. 1989. N 5. С. 81-83.

А17.Андреев И.С., Арипов Х.К., Туляганов A.A. Математические модели характеристик полевых транзисторов //Проблемы

информатики и энергетики 1994. N 4. С. 42-43.

А18.Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т., Рахматов Ш.Б. Математические модели характеристик биполярных транзисторов // Проблемы информатики и энергетики 1994. N 5. С. 39-41.

А19.Алимова Н.Б., Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Методика расчета аналоговых преобразователей на основе нелинейных моделей биполярных транзисторов // Проблемы информатики и энергетики 1996. N1-2 С.72-74.

А20.Алимова Н.Б., Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Методика расчета цифровых устройств микросхемотехники на основе нелинейных моделей МДП транзисторов // Проблемы информатики и энергетики 1996. N3 С.56-59.

А21.Алферов Ж.И., Арипов Х.К., Егоров Б.В., Королева Н.С., Ларионов В.Р., Нуллер Т.А., Румянцев В.Д., Федорова О.М. Исследование солнечных элементов с гетеропереходами pAlGaAS-nGaAs при высоких уровнях оптического возбуждения // Солнечная фотоэлектрическая энергетика. Ашхабад: Ылым.1985. С. 13-18.

А22.Арипов Х.К., Румянцев В.Д., Шамухамедов Ш.Ш. К вопросу об увеличении выходной мощности фотоэлектрических модулей на основе сильноточных солнечных элементов в системе AlGaAs //Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических энергоустановок /Под ред. проф. В.А. Грилихеса. Л.: Энергоатомиздат, 1986.С.29- 33.

А23.Агабекова З.Е., Андреев И.С., Арипов Х.К., Иргашев Д.С. , Исмаилов Т.М. , Рахматов Ш.Б., Туляганов A.A. Краткий справочник значений параметров нелинейных моделей полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов / Ташкент. ТЭИС. 1994.20 с.

А24.Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т., Рахматов Ш.Б. Полупроводниковые приборы многослойной структуры- транзисторы и тиристоры. Часть 1. /Отв. ред. академик Т.Д. Раджабов. Ташкент: изд. ТЭИС. 1994. 164 с.

А25.Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т., Рахматов Ш.Б. Полупроводниковые приборы многослойной структуры- транзисторы и тиристоры. Часть 2. /Отв. ред. академик Т.Д. Раджабов. Ташкент: изд. ТЭИС. 1994. 98 с.

А26.Андреев И.С., Арипов Х.К., Алимова Н.Б., Махсудов Д.Т., Рахматов Ш.Б. Теория и практика телекоммуникаций. Том 3. Схемотехника СБИС. Часть 1. /Отв. ред. академик Т.Д. Раджабов. Ташкент: изд. ТЭИС. 1995. 113 с.

А27.Андреев И.С., Арипов Х.К., Алимова Н.Б., Махсудов Д.Т. Дрейфовые транзисторы. /Отв. ред. академик Т.Д. Раджабов. Ташкент: изд. ТЭИС. 1996. 25 с.

А28.Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Инжекционно-вольтаический составной транзистор с объединенными базами // Элементы и узлы систем связи. Часть 2./ Под. ред. академика Т.Д. Раджабова. Ташкент.: изд. ТЭИС. 1995. С. 6-8.

А29.Алимова Н.Б., Арипов Х.К., Рахматов Ш.Б. Аналитический метод расчета передаточных характеристик усилителя в режиме большого сигнала // Элементы и узлы систем связи. Часть 2./ Под. ред. академика Т.Д. Раджабова. Ташкент.: изд. ТЭИС. 1995. С.13-16.

АЗО.Арипов Х.К., Рахматов Ш.Б. Нелинейная динамическая модель полупроводникового диода. // Элементы и узлы систем связи. Часть 2./ Под. ред. академика Т.Д. Раджабова. Ташкент.: изд. ТЭИС. 1995. С. 44-46.

A31.Андреев И.С., Арипов Х.К., Рахматов Ш.Б. Нелинейные математические модели характеристик биполярных транзисторов // Элементы и уаты систем связи. Часть 2./ Под. ред. академика Т.Д. Раджабова. Ташкент.: изд. ТЭИС. 1995. С. 47-50.

А32. Андреев И.С., Арипов Х.К., Махсудов Д.Т., Рахматов Ш.Б: Нелинейные математические модели характеристик полевых транзисторов // Элементы и узлы систем связи. Часть 2./ Под. ред. академика Т.Д. Раджабова. Ташкент.: изд. ТЭИС. 1995. С. 51-55.

- I I I -

АЗЗ.Арипов Х.К., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д., Федорова О.М. Высокоэффективные солнечные фотоэлементы, предназначенные для работы с концентраторами светового потока. //Тсз.докл. республиканского совещания " Фотоэлектрические явления в полупроводниках ". Киев: Наукова думка, 1979, Tl. С.28.

А34.Арипов Х.К., Румянцев В.Д., Сараджишвили Н.М., Шамухамедов Ш.Ш. Электролюминесцентные исследования деградации солнечных AlGaAs- гетерофотоэлементов / Тез.докл. 1 Всесоюз. конф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" Кишинев. 1982. 4.2.С.76.

А35.Арипов Х.К., Румянцев В.Д. Универсальные зависимости эффективности преобразования от уровня освещенности для AlGaAs-гетерофотоэлементов / Тез.докл. III. Всесоюз. конф. по физическим

процессам в полупроводниковых гетероструктурах. Одесса. 1982. Т.1. С. 147-149.

АЗб.Арипов Х.К., Румянцев В.Д., Юферев B.C. Связь объемной фотоэдс с механизмом протекания прямого тока в плавных AlGaAs-гетероструктурах// Тез.докл. III. Всесоюз. конф. по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. Одесса. 1982. Т.1. С.150-152.

А37.Арипов Х.К., Егоров Б.В., Королева Н.С., Ларионов В.Д., Нуллер Т.А., Румянцев В.Д., Шамухамедов Ш. Концентраторные фотоэлектрические модули на основе AlGaAs - гетерофотоэлементов // Тез.докл. III. Всесоюз. конф. по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. Одесса. 1982. Т.1. С. 38-40.

А38.Андреев И.С., Арипов Х.К. Использование ЭВМ в учебном процессе на каф. ЭКП ТЭИС / 2-международная науч.-метод.конф.вузов и факультетов связи. Минск 1992. Санкт-Петербург. 1992. С.23-24.

А39.Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Оптимизация передаточной характеристики элемента ЭСЛ // Тез. докл. международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков" 20-22 декабря Ташкент: 1995 С. 157.

А40.Арипов Х.К., Иргашев Д.С., Махсудов Д.Т. Связь дифференциальных параметров с физическими параметрами транзистора // Тез. докл. международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков" 20-22 декабря Ташкент: 1995 С. 149.

А41.Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Инжекционно-вольтаический составной транзистор // Тез. докл. международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков" 20-22 декабря Ташкент: 1995 С.148.

А42.Арипов Х.К., Махсудов Д.Т. Способы расширения устойчивой работы биполярных транзисторов // Тез. докл. международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков" 20-22 декабря Ташкент: 1995 С. 158.

А43.Алимова Н.Б., Арипов Х.К., Рахматов Ш.Б., Махсудов Д.Т. Комплекс программ "Микроэлектроника" // Тез. докл. международной конференции "Современные проблемы физики полупроводников и диэлектриков" 20-22 декабря Ташкент: 1995 С.159.

Цитированная литература

1. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения /Ответственный редактор академик Ж.И. Алферов. Л.: Наука, 1989. 310 с.

2. Thornton C.G., Simmons C.D. A New High Current Mode of Transistor Operation, IRE Trans. Electron Devices, ED-5, 1958., P.6.

3. Блохер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. Л.: Энергоатомиздат. 1986. 247 с.

4. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов. Пер.с анг. /Под ред.Д.Миллера. М.: Радио и связь, 1989. 280 с.

5. Principal Conclusions of the American Physical Society Study Group on Solar Prtovoltaic Energu Conversion, American Physical Society, N.Y., 1979.

6. Henry C.H. Limiting efficiency of ideal single and multiple energy gap terrestrial solar cells // J.Appl. Phys.1980. Vol. 51, N3, P.4494-4500.

7. Корольков В.И., Юферев B.C. Расчет преобразователей солнечной энергии на основе плавных AlGaAs - гетероструктур при высоких уровнях освещенности.// ФТП.1980. т. 14. N 6.С.1064-1070.

8. Носов Ю.Р. Физические основы работы полупроводниковых диодов . М.:Наука.1968. 264 с.

9. Адирович Э.И.,Карагеоргий-Алк&таев П.М., Лейдерман А.Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. М.:Сов.радио.1978. 320 с.

Ю.Азимов С.А. , Абдурахманов Г., Катулевский Ю.А., Муминов P.A., Шамирзаев С.Х. Электромагнитные взаимодействия в электронно-дырочной плазме. Ташкент.: Фан. 1977 . 144 с.

П.Аронов Д.А., Маматкулов Р.,Котов Я.П.Нестационарные токи двойной инжекции в полупроводниках. Ташкент.: Фан. 1985. 223 с.

12. Корольков В.И. , Рахимов Н. Диоды , транзисторы и тиристоры на основе гетероструктур /Отв. ред. акад. Ж.И.Алферов. Ташкент: Фан. 1986 . 152 с.

13. Шотов А.Г., Гришечкина С.П. , Муминов P.A. Пинч эффект в вырожденной плазме антимонида индия // ЖЭТФ. 1966. Т50. В.6. С. 1525-1532.

14. Миддлбрук Р.Д. Введение в теорию транзисторов М.: Атомиздат., 1960, 304 с.

КУЁШ ЭЛЕМЕНТ!!, ДИОД ВА ТРАНЗИСТОРЛАРДА ТОК ХОСИЛ БУЛИШИ ВА УЛАРНИНГ ВОЛЬТ-АМПЕР ХАРАКТЕРИСТИКАЛАРИ ШАКЛЛАНИШИНИНГ АСОСИЙ К.ОНУНИЯТЛАРИ

Арипов Х.К,-Кдскача мазмуни

Ёритшганликнинг исталган кийматлари учун таркок параметр-ли куеш элементлари (КЗ) да ток хосил булиши ва уларнинг вольт-ампер характеристикалари шаклланишининг конуниятлари топилган. АЮаАз асосвдаги КЗ учун фотоэлектрик узгаргиргич самарадорлиги-нинг универсал богликлиги назарий томондан аникданган ва тажри-бада ёритилганликнинг кенг диапазонида, то тулик туйинганга кадар, тадкик, этилган. Варизон АЮаАз-гетероструктураларда фотоэлектрик хрдисаларни ток окиб утиш жараёнлар билан борликлик конуниятлари назарий томондан курсатилган ва тажрибада тасдикланган: градиент р-сохага инжекцияланаётган электронлар зонанинг энг кенг кисмига етиб боришини таъминловчи тугри токка тенг булган фототок кий-матига хажмий ЭЮК сачт юриш кийматининг туйиниши мое келади....

Илк бор нурланшпни орпик узгартирувчи кувватли К,Э куеш нурини Кс= 2500 ва пОаА5-рСаА5-рА1хСа,.хА5 (Х-0.75, ^«5-1018см-3) гетероструктурачи К,Э эса Кс=1000 марта туплаганда самарали ишлай олиши курсатилган. Яратилган К,Э асосидаги куввати 200 Вт ва 45 Вт булган автоном фотоэлектр куёш курилмачари муваффакиятли ресурс синовдан утди.

Биполяр транзисторнинг исталган уланиш схемасидаги хусусиятини белгиловчи энг асосий конуният-эмиттер токининг эмиттер ва коллектор утишларидаги кучланишларга боглик эканлиги аникланди. Гомоутишли биполяр транзисторлар, гетероутишли транзисторлардан фаркди равишда, принцип жихатдан ток буйича нотуррун тизимтиги исботланган.

Илк бор биполяр транзисторларда инжекция-вольтаик эффектнинг узига хос хусусиятлари хам назарий, хам аматий томондан тал кик; этшши ва улар асосида самардорлиги юкори булган таркибий транзисторлар яратилди. МДЯ транзистор затвор кучланишининг юкори кийматларида, унинг сиртидаги яримутказгич катламининг айниши туйиниш режимининг намоён булмаслиги ходисаси назарий ва тажриба йули билан курсатилган. "Дитранс" ва "Микроэлектроника" дастурлари ишлаб чикллди ва амалда укув жараёнида кулланилди. К,Э, диод ва транзисторларнинг ночизик математик моделлари параметрларининг жамгармаси яратилди.

BASIC PRINCIPLES OF CURRENT-FORMATION AND FORMATION OF VOLT-AMPER FEATURES IN SOLAR CELLS, DIODES AND TRANSISTORS

Khayrulla ARIPOV ABSTRACT

Basic principles of current-formation and formation of the voltamper features (VAF)in solar cells (SC) with distributed parameters under all levels of illumination have been revealed. The theoretic structures have been drawn up and experiment tests have been conducted for the universal dependencies of efficiency of the photoelectric transformation of SC on the basis of AlGaAs within a wide range of illumination up to a deep saturation. For fusing AlGaAs heterostructures it has been shown that values of photo current, under which the volume photo electromotive force of the idle stroke is saturated, corresponded to values of direct current, under which the electrons, injected into the gradient p-area reached its the most wide-area part.

It has been established that the high-current SC with intermediate transformation of radiation could effectively work under level of concentration of the solar radiation being (Kc) Kc = 2500, and SC with heterostructure nGaAs-pGaAs-pAlxGa,.x AS (x = 0.75, NA » 5 10ls cm"3) under Kc= 1000.

It has been revealed that the dependency of emitter current from the current at junctions was the main principle, which practically fully determined the transistor properties under any way of connection.

It has been proved that a bipolar transistor on homojunctions was a genetically unstable system by current as compared with transistors with heterojunctions.

For the first time features of injection-voltaic effect in transistors have been examined theoretically and experimentally. It has been theoretically and experimentally proved that the phenomena of degeneration of the upper surface of a semiconductor in the metal-dielectric-semiconductor transistors at higher values of current at the gate determined the absence of the saturation mode.

The programs "Ditrans" and "Mikroelektronika" have been developed and tested. Data Bank for values of the mathematical models of SCs, diodes and transistors has been created.