Электронно-дырочный переход. В основе полупроводниковых приборов лежит электронно- дырочный переход(n-p – переход)

В основе полупроводниковых приборов лежит электронно- дырочный переход(n-p – переход). Рассмотрим технологию формирования n-p - перехода.

В монокристалл собственного полупроводника германия или кремния вносится акцепторные и донорные примеси для формирования акцепторной области (р) и донорной области (n). На контакте двух полупроводников разной проводимости возникает диффузия основных носителей. Когда часть дырок уходит из акцептора остается некомпенсированный заряд отрицательных ионов. Когда часть электронов уходит из донора остается некомпенсированный заряд положительных ионов. Диффузия длится до тех пор, пока электрическое поле, возникшее на n-p - переходе, не достигает достаточной величины, чтобы препятствовать дальнейшему переходу основных носителей. Все эти процессы проходят на толщине 10 -100 атомных слоев.

Рисунок 5.1. n-p - переход

n-p - переходом называется двойной электрический слой положительных и отрицательных ионов на контакте акцепторного и донорного полупроводников.

Величина энергии тормозящего электрического поля n-p - перехода называется потенциальным барьером.

Разность потенциалов собственного электрического поля n-p - перехода называется контактной разностью.

n-p - переход находится в равновесном состоянии, если к нему не преложено внешнее напряжение. В этом случае n-p - переход обладает достаточно высоким потенциальным барьером. Через n-p -переход протекают два тока: дрейфовый и диффузион-ный.

Диффузионный ток – ток основных носителей: электронов в доноре и дырок в акцепторе . Физически диффузионный ток представляет собой встречную диффузию электронов и дырок. За преимущественное направление выбирается направление движения дырок. Так как в диодных структурах донорная база слабо легирована (меньше примесей). Поставщиком основных носителей являются примеси.

Дрейфовый ток – ток не основных носителей: дырок в доноре, электронов в акцепторе . Поставщиком не основных носителей является монокристалл германия или кремния. Дрейфовый ток всегда направлен в сторону противоположную диффузионному току.

Если к n-p - переходу не преложено внешнее электрическое поле, то такое состояние называется равновесным. и сумма диффузионного и дрейфового токов будет равна нулю .

n-p - переход, смещен в прямом направлении, если источник внешнего поля подключен плюсом к выводу р- полупроводника, а минусом к выводу n-полупроводника. При этом внешнее поле направлено навстречу собственному полю n-p --перехода. Суммарное поле уменьшается и снижается потенциальный барьер.

Рисунок 5.2. Прямое включение n-p – перехода.

Диффузионный ток увеличивается, дрейфовый ток через переход не меняется, поскольку он определяется только количеством не основ-ных носителей заряда в данном полупроводнике. Для данного полу-проводника концентрация их при определенной температуре является постоянной. Результирующий прямой ток определяется разностью диффузионного и дрейфового тока:

(5.1)

С увеличением внешнего напряжения прямой ток увеличивается.

n-p - переход, смещен в обратном направлении, если источниквнешнего поля подключен плюс к выводу n-полупроводника, а минус к выводу р-полупроводника. Внешнее поле направлено по направлению собственного поля n-p --перехода. Суммарное поле увеличивается и потенциальный барьер возрастает. Это затрудняет прохождение через n-p - переход основных носителей, вследствие чего диффузионный ток уменьшается. Дрейфовый ток, обусловленный не основными носителями, можно считать неизменным. Но теперь он будет превышать диффузионный. Через n-p - переход ток будет протекать в обратном направлении .

n-p – переход обладает емкостью, которая складывается из барьерной и диффузионной емкостей.

Барьерная емкость определяется наличием объемных зарядов по обе стороны границы раздела p- и n-слоев.

Диффузионная емкость обусловлена изменением суммарных зарядов неравновесных электронов и дырок слева и справа от n-p-перехода в результате протекания диффузионного тока через него.

Величина диффузионной емкости зависит от величины приложенного прямого напряжения и может составлять сотни пикофарад. При прямом подключении перехода проявляется в основном диффузионная емкость. При обратном подключении главную роль играет барьерная емкость. Величина барьерной емкости зависит от ширины и площади n-p- перехода. Поскольку с ростом обратного напряжения ширина n-p--перехода возрастает, барьерная емкость уменьшается. На этом свойстве n-p- перехода основана работа варикапов, используемых в качестве емкости, управляемой напряжением. Величина С _бар - десятки пикофарад.

Дата добавления: 2015-05-06