ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.03.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 0
залежить від концентрації неосновних носіїв у нейтральних областях р- та n-кристалів. Ці концентрації, у свою чергу, залежать виключно від концентрації домішок у НП та від температури. Тому зменшення поля p-n переходу, яке є
прискорюючим для неосновних носіїв, приводить до зниження швидкості дрейфу цих носіїв, а їх концентрація залишається незмінною. Отже, умова термодинамічної рівноваги (1.16) порушується: jäèô jäð 0 , тобто виникає
результуючий прямий струм через перехід. Величина цього струму визначається дифузійною складовою jäèô . Це струм
основних носіїв. Унаслідок переважання дифузії над екстракцією біля меж p-n переходу відбувається накопичення неосновних носіїв, концентрація яких зростає
до величин np |
і |
pn (рис. 1.10 б): |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UK Uï ð |
|
|
|
|
Uï ð |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
p |
p |
e |
|
T |
p |
|
e Ò |
, |
(1.19) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U K Uï ð |
|
|
|
Uï ð |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
n |
|
|
T |
n |
|
|
e Ò |
|
|
|||
|
|
n |
p |
|
e |
|
|
p |
, |
(1.20) |
||||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
де UK |
- контактна різниця потенціалів; |
|
|
|
|
|||||||||||
Uï ð - прикладена пряма напруга; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
np |
і pn |
- |
концентрації неосновних |
|
нерівноважних |
|||||||||||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
носіїв біля меж переходу.
Явище підвищення концентрації неосновних носіїв у р- та n-областях під дією зовнішньої прямої напруги називається інжекцією. Область, з якої інжектують носії, є емітером, а область, в якій інжекція здійснюється, називається базою. Унаслідок рекомбінації неосновних носіїв у р- та n-областях створюються градієнти їх концентрації (рис. 1.10 б).
24
|
|
|
|
|
+ |
Uпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eдиф |
|
|
Eпр |
|
|
||
|
a |
|
p |
|
|
+ |
n |
b |
|
|
|
a) |
|
|
|
+ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
p p |
|
|
|
|
nn |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
np |
|
|
pn |
0 |
|
|
б) |
|
|
n |
p0 |
|
|
p |
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
n0 |
x |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗП |
0 |
|
|
|
q(UK Uпр ) |
|
|
Wip |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wфn |
|
|
Wфp |
|
|
|
ВЗ |
|
|
|
|
Win |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ |
|
|
|
|
|
|
U K Uпр |
|
|
|
|
|
U K |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
U K Uпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
||
г) |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
U K |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.10 – Пряме включення р-n переходу |
|||||||||||
Концентрації неосновних нерівноважних носіїв змінюються, отже, вздовж координати х за законами
|
|
|
|
|
|
Uï ð |
|
x |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|
||
p (x) p |
|
p |
(e |
|
, |
(1.21) |
||||||||
|
|
T |
1)e |
|||||||||||
n |
n |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uï ð |
|
x |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
np (x) np |
np |
|
(e T |
1)e Ln . |
|
(1.22) |
||||||||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
З формул (1.21) і (1.22) можна одержати вирази для pn1 та np1 (1.19), (1.20) на межі між р- та n- напівпровідниками
(x 0) .
Інжекція кількісно оцінюється рівнем інжекції i , який
визначається відношенням приросту концентрації інжектованих носіїв до рівноважної концентрації основних носіїв:
25
i npn pnp . n0 p0
При i <<1 рівень інжекції вважається низьким. При середньому ( i =1) та високому ( i >>1) рівнях інжекції
значна частина основних носіїв з метою компенсації зарядів інжектованих неосновних носіїв залишає нейтральні області НП і підходить до меж p-n переходу. Внаслідок цього в
цих областях виникає створене іонами домішкових атомів електричне поле. При низьких рівнях інжекції, властивих малопотужним напівпровідниковим приладам, які розглядаються нижче, це явище майже відсутнє.
Під дією градієнта концентрації неосновні нерівноважні носії дифундують углиб НП, порушуючи електронейтральність кристала. Відновлення нейтрального стану НП відбувається за рахунок надходження носіїв від зовнішнього джерела напруги. Це є причиною протікання струму в зовнішньому колі.
Зворотне включення p- n переходу
При прикладенні до p-n переходу зворотної напруги U çâ (рис. 1.11) створюється електричне поле Eçâ , яке збільшує результуюче поле переходу:
Ep-n Eäèô Åçâ .
Потенціальний бар’єр переходу збільшується до величини U K U çâ (рис. 1.11 в, г). Це приводить до зменшення
дифузійного струму через перехід при незмінному дрейфовому. Термодинамічна рівновага в цьому випадку порушується на користь дрейфової складової:
jäèô jäð 0 .
26
Тому через перехід і в зовнішньому колі буде протікати малий (порівняно з прямим струмом) струм неосновних носіїв. Оскільки процеси екстракції в цьому режимі, викликаючи дрейф неосновних носіїв, переважають над процесами дифузії, то біля меж p-n переходу відбувається зниження концентрації неосновних носіїв до певних значень pn1 та np1 (рис. 1.11 б). Ця концентрація збільшу-
ється в міру віддалення від переходу згідно із законами:
|
|
|
|
|
U çâ |
|
|
x |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|||||||||
p (x) p |
|
p |
(e |
|
|
|
|
|
1)e |
, |
(1.23) |
|||||
|
|
|
T |
|
|
|
||||||||||
n |
n |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
çâ |
|
|
x |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
np (x) np |
np |
(e |
T |
1)e Ln . |
|
(1.24) |
||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.11 – Зворотне включення р-n переходу
27
1.2.4 Теоретична вольт-амперна характеристика p-n переходу
Вольт-амперна характеристика (ВАХ) p-n переходу –
це залежність струму в зовнішньому колі переходу від величини і полярності напруги, що прикладена до останнього. Цю залежність одержують експериментально або будують за рівнянням ВАХ.
Одержимо рівняння ВАХ p-n переходу. При прямому
включенні переходу через нього тече прямий дифузійний струм. Густину цього струму можна знайти, підставивши вирази для концентрацій pn (x) (1.21) і np (x) (1.22) у
загальні вирази (1.11 ) та (1.11). Діркова та електронна складові густин дифузійного прямого струму мають вигляд:
|
|
|
|
|
|
|
qpn0Dp |
|
Uï ð |
|
|
x |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lp |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
j p |
|
|
|
|
|
(e T |
1) e |
, |
|
(1.25) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
äèô |
|
Lp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
qnp0Dn |
|
Uï ð |
1) e |
|
x |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ln |
. |
|
|
|||||||
|
|
|
j |
|
|
|
(e T |
|
(1.26) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
äèô |
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Густина повного прямого струму через |
|
p-n перехід |
||||||||||||||||||||
(при x 0 ) дорівнює |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
pn0Dp |
|
np0Dn |
|
|
|
|
Uï ð |
|
|
|||||
j |
j |
p |
j |
n |
|
q ( |
|
) (e T |
1) . |
(1.27) |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
ï ð |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
äèô |
|
|
äèô |
|
Lp |
Ln |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
При зворотному включенні переходу струм неосновних носіїв також можна розглядати як наслідок градієнта концентрації неосновних носіїв, що створюється екстракцією (рис. 1.11 б). Тоді при підстановці величин pn (x) (1.23) і np (x) (1.24) в загальні вирази (1.11 ) і (1.11)
можна одержати вираз для густини зворотного струму
28