Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
3.2.1. Структура p-n-перехода Структурой любого полупроводникового прибора принято называть последовательность расположения областей с различными электрофизическими свойствами. Структура р-n-перехода показана на рис. 3.1,а. Плоскость с координатой , где , называется металлургической границей, на ней эффективная концентрация примеси (рис. 3.1,в). При преобладает влияние акцепторов, при – влияние доноров. Полупроводники с двумя типами примеси называют компенсированными. Из-за скачкообразного перехода от к в сечении такой переход считается резким. Если >> (или >> ), то переход считается резким и несимметричным. При = переход считается резким и симметричным. 3.2.2. Образование p-n-перехода Рассмотрим процесс образования p-n-перехода при контакте p- и n-полупроводников. 1. В исходном состоянии (до контакта) p- и n-полупроводники были электрически нейтральными 2. Концентрация основных и неосновных носителей в р-полупроводнике и , а в n-полупроводнике и 3. Градиент концентрации вызовет диффузионное движение дырок из приконтактного слоя р-полупроводника в n-полупроводник, а градиент концентрации электронов – диффузионное движение электронов из приконтактной области n-полупроводника в р-полу-проводник (рис. 3.3,а). 4. Уход основных носителей приводит к нарушению электрической нейтральности в приконтактных областях вблизи плоскости : в р-полупроводнике окажется нескомпенсированный отрицательный заряд неподвижных акцепторных ионов, а в n-полупроводнике – нескомпенсированный положительный заряд неподвижных донорных ионов Итак, вблизи плоскости контакта образуется двойной электрический слой, а следовательно, появляется напряженность электрического поля Е (рис. 3.3,б). 5. Однако появившееся электрическое поле Е является ускоряющим для неосновных носителей каждого полупроводника (отсутствие барьера). Под действием ускоряющего поля должны появиться дрейфовые потоки неосновных носителей: электронов из р-области в n-область и дырок из n-области в р-область 6. Начавшийся рост электрического поля в переходе, а следовательно, уменьшение диффузионных потоков и рост дрейфовых потоков будут происходить до тех пор, пока при некотором значении напряженности поля не наступит равновесие: диффузионный поток дырок из р-области сравняется со встречным дрейфовым потоком дырок из n-области, а диффузионный поток электронов из n-области уравновесится встречным дрейфовым потоком электронов из р-области. Это равновесное значение напряженности электрического поля Ек соответствует разности потенциалов которую называют контактной разностью потенциалов или диффузионным потенциалом (рис. 3.3.г). Образовавшаяся переходная область вблизи плоскости контакта, в которой нескомпенсированные заряды ионов создают поле и которая из-за ухода и рекомбинации бедна подвижными носителями заряда, называется р-п-переходом или обедненным слоем. На рис. 3.4 показано распределение концентраций подвижных основных и неосновных носителей в р-n-структуре. (3.1) (3.2) При этом считаем, что все атомы примесей ионизированы. Из (3.1) и (3.2) следует (3.3) Если переход резкий и несимметричный ( >> ), то из (3.3) : обедненный слой располагается в основном в полупроводнике с меньшей концентрацией примеси, обычно называемой базовой областью (на рис. 3.4 базовой является n-область).
3.2.3. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии равновесия. Формула для контактной разности потенциалов (3.4) Когда после контакта полупроводников в структуре установится состояние равновесия, уровень Ферми во всех ее точках должен быть одинаковым. Это может быть только в том случае, когда энергетические диаграммы, изображенные на рис. 3.5,а, сместятся относительно друг друга на ,которая с учетом (3.4) и (2.12) запишется в виде (3.5) Искривление границ зон на величину и отражает наличие контактной разности потенциалов, которая определяется из (3.5) делением на заряд электрона: (3.6) где величина (3.7) называется температурным или тепловым потенциалом (2.53а). С учетом приближений (2.19) и (2.21) формула (3.6) приводится к виду (3.8) Используя связь концентрации носителей (2.13): и , можно получить еще формулу: (3.9)
(3.10) Воспользуемся первым уравнением и формулами (2.52) и (2.50), тогда – (3.11) Используя связь Е с потенциалом Е = -dj/dx и соотношение (2.53), получаем из (3.11) (3.12) (3.13) Использование формулы (3.10) для плотности дырочной составляющей приводит к формуле (3.14) Если использовать связь концентраций (2.13) и , то вместо (3.13) и (3.14) получим формулу совпадающую с формулой (3.6). 3.2.4. Распределение напряженности электрического поля и потенциала в р-n-переходе (3.15) где e – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника. В случае резкого несимметричного перехода, когда , из (3.15) получим (3.16) т.е. обедненный слой в основном располагается, как уже отмечалось, в n-полупроводнике с наименьшей концентрацией примеси (в базе). Для симметричного (3.17)
|