Все |0-9 |А |Б |В |Г |Д |Е |Ж |З |И |К |Л |М |Н |О |П |Р |С |Т |У |Ф |Х |Ц |Ч |Ш |Щ |Э |Ю |Я

Каталог статей Принципы действия устройств Полупроводники

Поиск по тегам : Полупроводники, p-n переход, примесные полупроводники, проводимость полупроводников, ВАХ


Полупроводники. Принцип действия. Свойства электронно-дырочных переходов. PDF Печать E-mail
Оглавление
Полупроводники. Принцип действия. Свойства электронно-дырочных переходов.
Примесные полупроводники
Основные параметры полупроводников
Проводимость полупроводников
Стуктура и основные свойства p-n перехода
Вольт-амперная характеристика p-n перехода
Емкости p-n перехода
Обратный ток p-n перехода
Пробой p-n перехода
 

 

 

 

 

 

 

 

СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА р-n ПЕРЕХОДА

Прежде всего, рассмотрим два образца полупроводника с электронной и дырочной электропроводностями (рис. 1.6, а). Напомним, что в дырочном полупроводнике присутствуют в равном количестве подвижные положительные дырки и неподвижные отрицательные ионы. На рис. 1.6,а дырки обозначены знаками «плюс», а отрицательные ионы - знаками «минус», заключенными в кружки. Для нашего рисунка концентрация примеси в электронном полупроводнике выбрана в 2 раза меньше, чем в дырочном. Аналогично обозначениям зарядов в дырочном полупроводнике в электронном полупроводнике электроны обозначены знаками «минус», а положительные ионы - со знаками «плюс», заключенными в кружки. Поскольку NA = 2NД, то заряды в дырочном полупроводнике нарисованы в 2 раза чаще, чем в электронном.

Теперь представим, что рассмотренные нами два образца являются просто областями единого кристалла полупроводника (рис. 1.6, б). Тогда по закону диффузии электроны из области n будут перемещаться в область р, а дырки, наоборот, - из области р в область n. Встречаясь на границе р и п областей, дырки и электроны рекомбинируют. Следовательно, в этой пограничной области значительно уменьшается концентрация носителей заряда и обнажаются некомпенсированные заряды неподвижных ионов. Со стороны области обнажаются положительные заряды доноров, а со стороны области р-отрицательные заряды акцепторов. Область некомпенсированных неподвижных зарядов и есть собственно область р-п перехода. Ее часто называют обедненным, истощенным слоем, или i-областью, имея ввиду резко сниженную концентрацию подвижных носителей заряда. Иногда эту область называют запорным слоем электронно-дырочного перехода.
Отметим, что р-п переход в целом должен быть электронейтральным, т.е. отрицательный заряд левой части и положительный заряд правой части должны быть одинаковы. Поскольку в рассматриваемом нами случае NA = 2NД (несимметричный переход), протяженность областей расположения заряд оказывается разной: одну треть i-области занимают акцепторы, а две трети доноры. Таким образом, большая часть обедненной области сосредоточивается в слаболегированном (высокоумном) слое.

В реальных р-п переходах концентрации доноров и акцепторов отличаются на несколько порядков. В таких несимметричных переходах практически весь обедненный слой сосредоточен в слаболегированной части. Ширина обедненного слоя (i-области) в равновесном состоянии l0 (см. рис. 1.6, б) является важным параметром р-п перехода. Другим, не менее важным параметром равновесного состояния является высота потенциального барьера (контактная разность потенциалов) ∆φ0. Этот параметр показан на зонной энергетической диаграмме р-п перехода, изображенной на рис. 1.7 (где εF - уровень Ферми).

Потенциальный барьер образуется электрическим полем пространственного заряда обедненного слоя. При отсутствии внешнего поля (равновесное состояние) уровень Ферми является общим для всего объема полупроводника и расположен в запрещенной зоне. Поскольку в полупроводнике п-типа уровень Ферми смещен вверх относительно середины запрещенной зоны, а в полупроводнике р-типа вниз, то разрешенные зоны дырочной области должны располагаться на более высоких энергиях, чем разрешенные зоны электронной энергии. Следовательно, в обедненном слое диаграмма энергетических зон искривляется. Заметим, что в i-области уровень Ферми проходит вблизи середины запрещенной зоны.

 

Электрическое поле электронно-дырочного перехода, представляемое на рис. 1.7 потенциальным барьером, препятствует прохождению электронов из области р-типа в область п-типа и дырок в обратном направлении. Более строго: дрейфовые составляющие тока равны диффузионным. С некоторым приближением можно считать, что в равновесном состоянии р-п перехода его внутреннее электрическое поле компенсирует процесс диффузии носителей заряда, в результате чего ток через р-п переход не протекает. Анализируя рис. 1.7, следует помнить, что электроны в зоне проводимости стремятся занять уровни минимальной энергии, а дырки в валентной зоне - максимальной энергии.

Высоту потенциального барьера ∆φ0 удобно выражать в единицах напряже­ния - вольтах. Довольно сильное влияние на величину ∆φ0 оказывает шири­на запрещенной зоны исходного полупроводника: чем больше εз, тем больше и ∆φ0. Так, для большинства р-п переходов из германия ∆φ0 = 0,35 В. а из кремния - 0,7 В.

Ширина р-п перехода во многом определяется величиной ∆φ0. Это хорошо видно из общей формулы для l0 при Na ›› Nд:

(1.5)

где εo, εn - диэлектрическая проницаемость вакуума и полупроводника соот­ветственно. Величина l0 обычно составляет десятые доли или единицы микро­метра. Из (1.5) следует, что для создания широкого р-п перехода следует ис­пользовать малые концентрации примеси, а для создания узкого перехода - большие концентрации. При равных концентрациях примеси l0 будет больше у р-п перехода с большим ∆φ0 и, следовательно, с большей εз. Таким образом, у кремниевых р-п переходов l0 обычно больше, чем у германиевых.

Если к р-п переходу подключить внешний источник напряжения, то нару­шится условие равновесия и потечет ток. При этом должна измениться высота потенциального барьера и соответственно ширина р-п перехода.

Рассмотрим сначала прямое смещение р-п перехода (рис. 1,8). В этом случае внешнее напряжение U приложено в прямом направлении, т. е. знаком «плюс» к области р-типа. Высота потенциального барьера ∆φ при этом снижается:

∆φ =  ∆φ0 - U

(1.6)

 

 Заменив в (1.5) ∆φ0 на ∆φ и подставив в (1.5), можно убедиться, что и ширина р-п перехода уменьшается при прямом смещении.

Уменьшение высоты потенциального барьера приводит к снижению элек­трического поля, препятствующего диффузии носителей заряда. Дырки из области р-типа начинают переходить в область n-типа, а электроны, наоборот, из области р-типа в область n-типа. В каждой области появляются избыточные концентрации неосновных носителей. Процесс нагнетания неосновных носите­лей заряда в какую-либо область полупроводника называется инжекцией.

За счет разной концентрации примеси в областях несимметричных р-п переходов концентрации основных носителей тоже будут разные (обычно отличаются на несколько порядков). В рассматриваемом нами случае Na ›› Nд, следовательно, рр » рп. Сильнолегированную дырочную область обозначим как р+ (рис. 1.8). Она имеет относительно малое удельное сопротивление и обычно называется эмиттером. Область n-типа, имеющая относительно большое удельное сопротивление, называется базой.

В несимметричных р-п переходах концентрация инжектированных носите­лей из эмиттера в базу всегда гораздо больше, чем в обратном направлении. Параметром, характеризующим степень однонаправленности инжекции, яв­ляется коэффициент инжекции γ. Для рассматриваемого нами перехода можно записать

 

γ = Iр / (Iр + In),

 

где Ip, In - токи инжекции дырок и электронов соответственно. В реальных р-п переходах инжекция имеет практически односторонний характер: носители инжектируются в основном из эмиттера в базу (Iр ›› In), т. е. γ ≈ 1. Для практиче­ских расчетов удобно использовать формулу

 

γ = 1 - ρэб    

(1.7)

 

где ρэ, ρб - удельные сопротивления эмиттера и базы соответственно. Из (1.7) следует, что чем сильнее легирован эмиттер и чем слабее легирована база, тем ближе значение у к единице.

Теперь рассмотрим обратное смещение р-п перехода (рис. 1.9). В этом случае внешнее напряжение U приложено в обратном направлении, т. е. знаком «плюс» к области n-типа. Высота потенциального барьера ∆φ при этом повышается:

 

∆φ =  ∆φ0 + U           

(1.8)

 

Подставляя значение ∆φ из (1.8) в формулу (1.5), получаем для неравновес­ной ширины р-п перехода l:

 

(1.9)

 

Таким образом, увеличение обратного смещения приводит к расширению р-п перехода. Поскольку несимметричный переход почти полностью расположен в высокоомной базе, то и его расширение происходит в сторону базы. При использовании обратного смещения р-п перехода на практике обычно U » ∆φ. В этом случае (1.9) можно переписать в виде

 

(1.10)

 

При приложении U в обратном направлении концентрации неосновных носителей на границах i-области уменьшаются по сравнению с равновесными значениями. Такой процесс отсоса носителей называется экстракцией.



 
 

Комментарии  

 
#1 Рома 06.10.2011 20:48
я не физик, но более менее себе кое что уяснил. А нет у вас более легкого доклада на эту тему, ну как говориться для чайников???
Цитировать
 
 
#2 Lemo 27.10.2011 22:30
Отличная статья!
Цитировать
 
 
#3 alesker 17.11.2011 23:56
отличная статья!! понятная,спасиб о!!
Цитировать
 
 
#4 romash 07.12.2011 17:06
статья подойдет только тому,кто разбирается в работе полупроводников . новичек поймет только раза с пятого.
а вообще информация полезная, написано по-умному.
Цитировать
 
 
#5 romash 07.12.2011 17:24
прошу прощения, читал не с начала. отличная статья!
Цитировать
 
 
#6 Dopskeypsup 13.12.2011 10:23
Who likes the animated series Family Guy?
Цитировать
 
 
#7 Тукшаитов 03.01.2012 23:34
с обратным напряжением все ясно.Но как выразить параметр, который вызывает перегорание например светодиода. Это не прямой ток восстановления, это не прямая мощность пробоя и т.д.Ответа пока нигде не нашел, а надо бы терминологическ и определиться.
Цитировать
 
 
#8 Алекс 18.01.2012 19:16
Благодарю, хорошая статья
Цитировать
 
 
#9 Рита 24.01.2012 19:53
Кто знает аналог таких характеристик для сплошных сред?
Цитировать
 
 
#10 Soltansha 27.01.2012 17:14
спасибо вам )) мне помогла
Цитировать
 
 
#11 math 11.10.2012 14:52
Автор молодец, спасиб, помогло
Цитировать
 
 
#12 ппененнн 01.12.2012 14:22
Он оказывается очень слабо связанным со своим атомом, поэтому оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда можно даже оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда можно даже при воздействии малой тепловой энергии.

повтор в начале
Цитировать
 
 
#13 петр 12.01.2013 12:54
Не понимаю:что мешает шустрым электронам,при обратном напряжении, покидать
свои любимые дырочки в P-полупроводнике и бежать без оглядки в N-полупроводник(т ем паче там положительные ионы доноров,которые имеют сермяжную нужду в родных электронах) и далее к "плюсу" ? И причем здесь "потенциальный" барьер?
По моему,здесь энергетический барьер запрещенной зоны,не правда ли ?!Разжуйте,умоля ю Вас.
Цитировать
 
 
#14 rom1ka 26.01.2013 15:41
А где рисунки к етой и другим статьям?
Цитировать
 
 
#15 Claudiocync 14.06.2014 21:10
Есть сайт где есть раздел продажа аккаунтов вконтакте там можно купить аккаунт в соц сети
Цитировать
 
 
#16 WilliamFew 23.06.2014 22:46
Прежде чем поехать на отдых в Хургаду, следует изучить материал какие лекарства нужно взять на отдых в Египет.
Цитировать
 
 
#17 Данил 03.12.2015 07:31
Ублюдок, мать твою! А ну иди сюда, говно собачье! а? Сдуру решил ко мне лезть, ты засранец вонючий, мать твою! а? Ну иди сюда, попробуй меня трахнуть! Я тебя сам трахну! ублюдок, онанист чёртов, будь ты проклят! Иди, идиот! Трахай тебя и всю твою семью. говно собачье, жлоб вонючий! дерьмо, сука, падла! Иди сюда, мерзавец, негодяй, гад! Иди сюда, ты говно, жопа
Цитировать
 
 
#18 Федя 29.01.2016 11:24
Путин /***/ло!
Цитировать
 
 
#19 JosephKn 28.02.2016 21:32
Я извиняюсь, но, по-моему, Вы ошибаетесь. Пишите мне в PM, поговорим.


-------

people stock photos
Цитировать
 
 
#20 DavidFug 04.10.2016 15:01
Вы не правы. Предлагаю это обсудить. Пишите мне в PM.


----
гидравлическаЯ насоснаЯ станциЯ высокого давлениЯ, http://vneshgidromash.ru
Цитировать
 
 
#21 LoganQuash 27.10.2016 18:11
Прошу прощения, что вмешался... Я разбираюсь в этом вопросе. Можно обсудить.


-----
где взять кредит быстро в Челябинске|http ://facredit.ru/
Цитировать
 
 
#22 DustinKed 06.01.2017 19:55
Между нами говоря, по-моему, это очевидно. Я бы не хотел развивать эту тему.


------
защита от собак | http://ledpolice.ru
Цитировать
 
 
#23 MartinWab 07.02.2017 23:01
What can he mean?


----
jogos kizi | http://friv-vs-kizi.com/
Цитировать
 
 
#24 MartinWab 08.02.2017 03:43
I would like to talk to you, to me is what to tell.


----
friv-vs-kizi.com | http://friv-vs-kizi.com/
Цитировать
 
 
#25 Caseyemops 19.03.2017 11:43
wh0cd233921 VIAGRA NO RX
Цитировать
 
 
#26 Elvin 28.03.2017 07:22
Thank you a lot for sharing this with all of us you really recognize
what you are speaking about! Bookmarked. Please additionally talk over with my web site =).
We can have a link alternate agreement among us

my weblog :: https://www.viagrasansordonnancefr.com/acheter-viagra-pfizer-wikipedia/: https://www.viagrasansordonnancefr.com/acheter-viagra-pfizer-wikipedia/
Цитировать
 
 
#27 DirgilHub 05.04.2017 02:43
Гладкая кожа на 3-4 недели без боли и мучений

http://m1ccp.ru/c39H - http://s020.radikal.ru/i718/1703/3b/4c44b47f275a.png
Гладкая кожа на 3-4 недели без боли и мучений
Epilage – депиляция, которая подходит даже для нежной кожи

http://tebe-nado.ru - http://s019.radikal.ru/i634/1703/80/511fb7c108bc.png


!*!=
Цитировать
 

Добавить комментарий

Я надеюсь, что наши посетители воспитанные люди, и не будут употреблять не нормативную лексику. Не умеющие выражаться нормальным языком, больше не смогут никогда оставлять комментарии.


Защитный код
Обновить

Добавить в избранное | Сделать стартовой

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru

(c)