Файл: Сиволобов Н.А. Основы полупроводниковой электроники учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.07.2024
Просмотров: 175
Скачиваний: 2
-- 25 -
I I
P и С . І Ч - . Образование запиравшего слоя при контакте двух полупроводников с различной проводимостью
-26 -
Врезультате ухода электронов в п - полупроводнике вблизи границу остаются положительно заряженные атомн-ионы, образуттиие область повышенной концентрации положительных неподвижных заря дов (область, обедненную электронами).
По аналогичной причине в р-полупроводнике вознішает область повышенноіі концентрации отрицательных неподвижных зарядов (об ласть, обедненная дырками). Этот двойной слои электрических
зарядов |
создаст |
разность потенциалов |
\j> |
(рис. 14,г). Вблизи |
||
границы |
поле Е! с |
(рис.І4,ду |
направлено |
так, |
что |
оно препятствует |
дальнейшей диффузии электронов и дырок. |
|
|
||||
Вследствие |
относительно |
мало» концентрации |
электронов и ды |
|||
рок в полупроводнике поле Ек проникает в полупроводник на рас
стояние L |
- I0~G -г І0~^ см. |
В пршеоитактной области |
образуется |
запирающий |
слой шириной 2 L |
, обеднении)! основными |
носителями |
и имеющий вследствие этого пониженную электропроводность. |
|||
Из-за |
обеднения основным: носителями границы энергетических |
||
зон в запирающем слое смешаются, хотя их относительное положе ние остается неизменным (рис.14,0).
Равновесие при контакте наступит, когда сравняются уровни
Ферми обоих |
полупроводников и поле F,,< достигнет такой величины, |
|||||
при которой |
потенциальный барьер у> (рис.14,г) станет непрео |
|||||
долимым для диффундирующих электронов и дырок. |
||||||
При движении |
в |
запиравшем слое |
электрон |
подвергается |
||
воздействию |
поля |
Е к |
и приобретает |
среднюю дреІіФовую скорость |
||
д Vg |
• Зная |
Д |
, можно определить |
время движения элек |
||
тронов |
через |
запирающий слоіі шириной 2 L |
|
|||
- 27 -
Несмотря на то, что диффузионные движения электронов и ды рок происходят в противоположных направлениях, токи, обусловлен ные перемещением этих частиц, текут в одном направлении (вдоль вектора поля Е к ) , так как заряды электронов и дырок противопо ложны по знаку. Следовательно, плотность даффузионного тока
через р-п - переход |
слева |
направо |
равна: |
|
|
|
|||
|
/л |
dP |
п |
d-N |
|
, |
|
|
|
^ди.сГе |
(ДР"Зл |
+ |
' Ц |
п ' |
dX |
J |
. г д е Л р И Д п - |
|
|
козффициенты диффузии электронов и дырок. |
|
|
|
||||||
Препятствуя диффузионному |
движению основных носителей, |
по |
|
||||||
ле Кк является ускоряющим для |
неосновных |
|
носителей: дырок |
в п - |
по |
||||
лупроводнике |
и электронов в |
р |
- полупроводнике. Под влиянием |
это |
|||||
го поля неосновные носители легко перемещаются через границу кон такта (процесс инъекции, или инжекции), образуя дрейфовый ток. Направление дрейфового тока противоположно току диффузионному.
По мере установления равновесия диффузионный ток уменьшает
ся, а дрейфовый ток растет, пока |
они не |
уравновесят |
друг |
друга |
||
(cM.pHc.It.r |
и 15,а): . |
|
|
|
|
|
|
jfip |
•+ J^AUcp |
= 0 • |
|
|
|
Анализ |
р - |
п е р е х о д а |
Приложенная Э ; д . с . к |
р - |
п-пе^- ; |
|
в неравновесном состоянии |
реходу |
нарушает равновесие в сисѵ |
||||
теме и вызывает протекание тока. При этом высота потенциального
барьера |
изменяетсяна |
величину приложенной э . д . с . |
|
КОхДа э . д . с . Cl |
приложена плюсом на слой Р (прямое включе |
||
ние) , высота барьера |
уменьшается 0 ,рис.15,б) и |
становится |
|
равной |
У к": |
|
|
|
ѵ ; = |
%-и. |
|
Вследствие уменьшения потенциального барьера диффузионное |
|||
движение |
электронов в |
область р и дырок в обратном |
направлении |
V и с. 15." Изменение потенциального барьера и схема движения носителей в л - р - переходе в состоянии равновесия ( а ) і при пряном (б) и обратном (в) включении
напряжения
|
|
|
|
|
- |
29 |
- |
|
|
|
|
|
|
увеличится и концентрация этих частиц на границах запирающего |
|||||||||||||
слоя |
будет выше: |
jsj р^ |
> / s j ^ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Рпи |
|
> |
Рп. |
|
|
|
|
|
Концентрация неосновных носителей -'"дырок в П |
- |
полупровод |
|||||||||||
нике |
неодинакова ; от величины Р п и |
у границы запирающего |
слоя |
||||||||||
она уменьшается |
до величины Р 0 |
в |
толще полупроводника на |
неко |
|||||||||
тором расстоянии |
Lp |
от |
границы. Концентрация уменьшается |
||||||||||
вследствие рекомбинации электронов с дырками по мере движения |
|||||||||||||
на длине |
L p |
|
. Величина |
LP |
называется глубиной |
диффузии (неко |
|||||||
торое |
среднее расстояние, |
проходимое дыркой от момента инъекции |
|||||||||||
в область |
р |
до |
ее |
рекомбинации). |
|
|
|
|
|
||||
Время движения дырки на длине L p |
называется временем |
жизни |
|||||||||||
дырки |
( |
'Lp ) . Эти величины связаны |
соотношением: |
|
Lp - |
||||||||
= (Др . |
'Lp |
) "ТГ |
|
|
, где Др - коэффициент диффузии |
||||||||
дырок. |
Е э |
к в |
- |
напряженность, |
соответствующая некоторой |
экви |
|||||||
валентной |
разности |
потенциалов, |
под действием которой |
дырка приоб |
|||||||||
ретает энергию, равную к • Т - энергии теплового движения. |
|
||||||||||||
Если Е к |
> |
Еэкв, то |
все, неосновные носители, |
приближаю |
|||||||||
щиеся в результате теплового движения к запирающему слою, втяги ваются полегл Е^ и плотность дрейфового тока постоянна (ток на сыщения). Величина се не зависит от напряженности поля и опреде ляется лишь концентрацией неосновных носителей:
где |
Jsfips |
- плотность дрейфового тока насыщения. |
|||
|
Зная плотности |
дырочного ^др |
> электронного |
||
диффузионных токов |
и плотности дырочного Japs |
и электрон |
|||
н о г о j a ^ s |
дрейфовых токов можно определить соответствующие |
||||
токи |
через |
р - п - |
переход площадью |
S. |
|
|
|
|
|
|
- |
30 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диффузионные |
токи, обусловленные |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
движением OCUODHWX носителей |
|||||||
|
|
J~fl,nsS- |
О^пи I Дрейфовые |
тоіш, |
обусловленные дви- |
|||||||||||
|
|
(/aps |
'S |
~ |
|
" / я е і ш е м |
неосновных |
носителей |
|
|||||||
Все четыре тока |
связаны между собой |
соотношением |
|
|
||||||||||||
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ей |
|
|
|
|
Хо |
с |
- |
"(Упн |
+ 3Р„ |
) |
- |
|
e^J. |
|
|
|||||
|
Токи |
Cfno и Jpo |
направлены |
в одну |
сторону: из области |
|||||||||||
р в область |
П |
; токи0пни3рц 70~-£ совпадают |
по направлению, |
|||||||||||||
но текут из области |
П |
в область |
р. Значит |
в одном направлении < |
||||||||||||
течет |
Cfnii |
ifJpti^jÇtfi- прямой |
ток, а в противоположном |
- |
обрат |
|||||||||||
ный СІпн + f7pn |
-fffofp т |
о к |
• Подставляя |
эти выражения |
в преды |
|||||||||||
дущую формулу, |
ПОЛЧИМ |
|
|
|
|
ец |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Оіпр |
= |
Of0Sp |
' ( |
& |
- І ) • |
|
|
|
|
||||
Это уравнение вольт-.амперноя характеристики |
электронно-дыроч |
|||||||||||||||
ного перехода (рис.16). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Таким |
образом, |
если к р - п |
-переходу приложено внешнее |
|||||||||||||
напряжение Li (рис.15,б), то с увеличением (Л разность потен |
||||||||||||||||
циалов |
У |
|
в |
запирающем |
слое |
уменьшается |
и ток через |
переход |
||||||||
растет |
по экспоненциальному |
закону (рис.16 |
правая часть |
харак |
||||||||||||
теристик). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если полярность |
внешней |
батареи |
изменить (рис.15,в), |
то f |
||||||||||||
увеличится и через запирающий слой потечет лишь ток, обусловлен ный перемещением неосновных носителей. Прис{ = 0,55 обратный ток равен току насыщения:
Вольт-аыперная характеристика для р - П - перехода меняется