CC BY
34
Результаты моделирования также показали, что для повышения устойчивости работы цеха целесообразно установить второй разливочный кран.
Список литературы:
1. Еланский Д.Г., Еланский Г.Н., Стомахин А.Я. Электрометаллургия стали - инновации в технологии и оборудовании // Сталь. - 2009. - № 8 -С. 35-40.
2. Лазуткин А.Е., Чижиков А.Г., Семин А.Е. Концепция модернизации металлургических мини-заводов // Электрометаллургия. - 2011. - № 9 - С. 2-9.
3. Шайнович О.И., Шапиро Б.М., Хвощинский А.В. Проектные решения реконструкции мартеновских цехов с установкой электропечей, агрегатов КП и УНРС // Труды IX конгресса сталеплавильщиков. - 2010. - С. 277-281.
4. Кушнарев А.В., Петренко Ю.П., Тимофеев В.В. и др. Технология производства железнодорожных колес повышенной твердости из стали Т // Сталь. - 2011. - № 11 - С. 122-124.
5. Мезенцев К.Н. Моделирование систем в среде AnyLogic / МАДИ. -М., 2011. - Часть 1. - 109 с.; Часть 2. - 103 с.
ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СВЕТОДИОДОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
© Маняхин Ф.И.*, Гусева С.Е.*
Выксунский филиал Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», г. Выкса
Приведены новые представления о механизме формирования вольтам-перных характеристик (ВАХ) светодиодных гетероструктур с квантовыми ямами на основе широкозонных полупроводников АЮаЫЛ^аЫ^аЫ, SiC и AlInGaP в области высоких плотностей токов. Установлено, что сублинейность ВАХ в полулогарифмических координатах в этом режиме обусловлена образованием между р- и п-слоями р-п перехода области с дрейфовым полем, обладающей резистивными свойствами.
Ключевые слова: вольт-амперная характеристика, р-п переход, дрейфовая скорость в сильном электрическом поле, светодиоды, гетеропереходы на основе АЮаЫ/^аЫ^аЫ, А!^аР, SiC.
Вольт-амперные характеристики p-n переходов на основе широкозонных полупроводников (SiC, GaN, AL[nGaP) в области высокой плотности прямого тока наблюдается сублинейность в полулогарифмических координатах
* Профессор кафедры Общепрофессиональных дисциплин, доктор технических наук.
* Доцент кафедры Общепрофессиональных дисциплин, кандидат технических наук.
ВАХ. В ряде работ это приписывалось влиянию глубоких уровней в ^области перехода от p- к п- слою [1-3]. В других работах наблюдаемое явление приписывается сопротивлению контактов, либо внутреннему сопротивлению квазинейтрального слоя.
Однако, в работах [4] было показано, что замедление роста тока с повышением прямого смещения связано с возникновением дрейфового поля в компенсированном слое между p- и п-слоями.
На рис. 1 показаны вольт-амперная характеристика светодиода синего свечения на основе гетероструктуры AЮaNЛnGaN/GaN с квантовыми ямами и ее дифференциал
ди
т =--—
кТ ¡п^) (1)
где 1\, /2, и\-и2 - токи и соответствующие напряжения, для которых Д =
= 12 - 1\, Ди = и2 - и много меньше и1, и2,1\, 12 соответственно.
Рис. 1. Вольт-амперная характеристика светодиода на основе гетероструктуры AlGaN/InGaN/GaN синего свечения (Фирма Cree) (а) и ее производная по току (б)
Для выбранного диапазона изменения тока 10-7 до 0.1 А m-фактор изменяется от 2 до 45. Как видно, m-фактор при некотором значении тока имеет минимальное значение m = 2. Это значение соответствует ВАХ диода (рис. 1а, график 1) без учета туннельной составляющей и внутренних последовательных сопротивлений
I = I „expC-^) m-kT
где I0 - ток насыщения;
кТ - тепловой потенциал.
По 11-му закону Кирхгофа сумма напряжений на нагрузках, включенных последовательно, равна напряжению источника. Используя рис. 1а и считая, что отклонение ВАХ в полулогарифмических координатах /§(/) = ЛП) связано с наличием внутреннего сопротивления, запишем
и = ил + и, (3)
где П - падение напряжения на барьерах р- и п-областей, понижающее их высоту;
и, - падение напряжения на внутреннем сопротивлении компенсированного слоя между р- и п-областями с дрейфовым электрическим полем.
Здесь нужно определиться с природой этого сопротивления.
Увеличение напряжения на диодной структуре приводит к изменению в ней распределения напряженности электрического поля (рис. 2).
П 1; р
Рис. 2. Распределение электрического поля в р-ьп структуре при различных напряжениях смещения.
Как видно из рис. 2 при некоторых значениях напряжения Пк и токе 1к (рис. 1а) между р- и п-слоями напряженность электрического поля сначала становится равной 0. При дальнейшем увеличении напряжения смещения электрическое поле в области I, меняет знак. То есть оно становится не полем области пространственного заряда, а дрейфовым полем, а эта область приобретает свойства резистора. Потенциальная диаграмма р-п перехода для этого режима представлена на рис. 3.
^ лифр
Рис. 3. Энергетическая диаграмма структуры с участком дрейфового поля: стрелками указаны направления диффузии и дрейфа носителей заряда
В отличие от обычного неширокозонного р-п перехода без компенсированного слоя, в котором существуют встречные дрейфовые и диффузионные токи, в представленной структуре направления этих токов совпадают, а компенсированный слой имеет сопротивление ^
I
Я, =-■--(4)
^ ("Я + РМР)
где п и р - концентрация электронов и дырок над барьерами (диффузионная составляющая); цп и /лр - подвижности электронов и дырок; - площадь р-п перехода.
Строго говоря, подвижность носителей заряда в компенсированном слое зависит от величины электрического поля в нем. Расчеты показывают, что электрическое поле в компенсированном слое достигает значений до 8-105 В/см. А это соответствует режиму насыщения дрейфовой скорости. Начало насыщения дрейфовой скорости в ваМ соответствует полю напряженностью 1-105 В/см.
Таким образом, сублинейность ВАХ диодных структур на основе широкозонных полупроводников ЛЮаМ/ЮаМ/ваМ, ЛПпваР и 81С при высоких уровнях инжекции объясняется образованием резистивного слоя протяженностью и с сопротивлением Я1, зависящим от уровня инжекции и величины электрического поля в нем.
В настоящей работе отмечен эффект возникновения сильного электрического поля при постоянном длительном токе, в то время как в арсениде галлия этот эффект наблюдается в импульсном режиме при специальном охлаждении.
Список литературы:
1. Рыжиков И.В. // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 1971. - № 5. - С. 29-37.
2. Акимов Ю.С., Рыжиков И.В. // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 1972. - № 4. - С. 3-29.
3. Акимов Ю.С., Рыжиков И.В. // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 1972. - № 6. - С. 47-35.
4. Маняхин Ф.И. // Изв. Вузов, материалы электронной техники. - 2006. -№ 3. - С. 71-73.
5. Маняхин Ф.И. // Изв. Вузов, материалы электронной техники. - 2010. -№ 3. - С. 47-52.
