Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [ 38 ] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

что иа границе раздела (сечение д-,) тип примесей резко изменяется (рис. 7.2, 6)1.

Существование электронно-дырочного перехода обусловлено различием в концентрации подвижных носителей заряда электронной и дырочной областей. В электронной части полупроводника концентрация (6.15)

электронов в соответствии с

xfi -fp

a концентрация дырок с (6.18)

в соответствии

В дырочной (6.21)

части согласно (6.20) и

/ e-tr

4 Ф-р-"

Рис. 7.2. Формирование р - п-по-рехода и потоки носителей заряда (й); распределение К01ще11трации доноров и акцепторов (б); распределение концентрации электронов и дырок (в).

Вследствие того что концентрация электронов в п-сбласти выше, чем в р-области, а концентрация дырок в р-области выше, чем в п-сбласти, на границе этих областей существует градиент концентраций носителей, вь[зывающий диффузионный ток электронов из л-области в р-область (поток 1 на рис. 7.2, а) и диффузионный ток дырок из р-области в п-область (поток 2 на рис. 7.2, а). Кроме тока, обусловленного движением основных носителей заряда, через границу раздела полупроводников возможен ток неосновных носителей (электронов из области р в область п и дырок из области п в область р). Потоки неосновных носителей на рис. 7.2, а обозначены соответственно 3 и 4. Вследствие существеиного различия в концентрациях основных и неосновных носителей ток, обусловленный основными носителями заряда, будет преобладать над током неосновных носителей. Если бы электроны и дырки были нейтральными, то диффузия в конечном итоге привела бы к полному выравниванию их концентрации по всему объему кристалла. На самом же деле диффузионные токи через р-«-переход не приводят к выравниванию концентрации носителей вобеих частях полупроводника. Из рис. 7.2, в видно, что уход электронов из приконтактной п-области приводит к тому, что их концентрация (/iJ

Такого вида р - л-переход со скачком концентраций примесей разного типа называется резким переходом. На практике чаще используются переходы с плавным изменением концентрации примесе!!. Однако при изучении физических процессов в р -fi-переходе мы будем рассматривать его идеализированную модель, предполагая, что он состоит из двух полупроводниковых пластин, соприкасающихся своими торг1,евыми поверхностями.



здесь уменьшается и возникает нескомпенсированньш положительный заряд ионов донорной примеси. Точно так же в р-области вследствие ухода дырок их концентрация (рр) в прнконтактном слое снижается (рис. 7.2, в) и здесь возникает нескомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. Таким образом, на границе областей п- и р-тина образуются два слоя противоположных по знаку зарядов. Область образовавшихся пространственных зарядов и представляет собой р-я-переход. Его ширина (Д = --Хр - л„) обычно не превышает десятых долей микрометра.

Пространственные заряды в переходе образуют электрическое поле, направленное от положительно заряженных ионов доноров к отр1шатель-но заряже]]ным ионам акцепторов. Схема образоБа(шя электрического поля в р-л-переходе показана на рис. 7.3, а и б. Это ноле является тормозящим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Теперь любой электрон, проходящий из электронной области в дырочную, попадает в электрическое поле, стремящееся возвратить его обратно в электронную область. Точно так же и дырки, попадая из области р в электрическое поле р-/г-перехода, будут возвращены этим полем обратно в р-область.

Что же касается неосновных носителей заряда, то они, совершая хаотическое тепловое движение (дрейфуя), могут попасть в зону р-«.-перехода. В этом случае ускоряющее ноле перехода вытолкнет их за пределы перехода.

На рд1с. 7.3, в показано распределение Напряженности поля в р- «-переходе. Наибольшая величина напряженности Е наблюдается в сечении Xq, поскольку через это сечение проходят все силовые линии, начинающиеся на положительных зарядах, расположенных левее Хр. По мере удаления от влево количество нескомпенсированных положительных зарядов будет уменьшаться, следовательно, и напряженность- поля будет уменьшаться. Аналогичная картина наблюдается и при удалении вправо


1/7 О

Щ- ионы доноров 0- июны атептород @ - дырки 0- зктрд,нь/

Рис. 7.3. Образование "элентрнче-ского поля и контактной разности потенциалов в /? - «-переходе;

а ~- pяoпpeдeлeiiиe электрических зарядов; б - направление электрического поля; в ~ распределение напряженности поля Е; е - потснциаль)! ая диаграмма.



от сечения х. Если считать, что поле создается только зарядами доноров и акцепторов, то уменьшение напряженности происходит по линейному закону.

Потенциальная диаграмма р-«-перехода показана на рис. 7.3, г. За нулевой потенциал условно принят потенциал слоя о- Нри перемещении от 0 к сечению Хп потенциал повышается, а при перемещении от к Хр - сникается. За пределами перехода поле отсутствует и Ф (х) = const. Перепад потенциала в переходе равен контактной раз-1ЮСТИ потенциалов U. Этот перепад обычно называют потенциальным барьером, так как он препятствует перемещению основных носителей заряда.

Следует отметить, что при комнатной температуре некоторое количество основных носителей зарядов в каждой из областей полупроводника обладает энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера. Это приводит к тому, что через р-«-переход диффундирует незначительное количество электронов и дырок, образуя соответственно электронную (ндиф) и дырочную (/рдиф) составляющие диффузионного тока. Кроме того, через /?-«-переход беспрепятственно проходят неосновные носители заряда (т. е. дырки из п-области н электроны из р-области), для которых электрическое поле р-«-перехода является ускоряющим. Эти заряды образуют соответственно электронную {Jпар) и дырочную {Jрщ,) составляющие дрейфового тока. Направление дрейфового тока неосновных носителей противоположно нанравлению диффузионного тока основных носителей. Поскольку в изолированном полупроводнике плотность тока должна быть равна нулю, то в конце концов устанавливается динамическое равновесие, когда диффузионный и дрейфовый потоки зарядов через р-«-переход компенсируют друг друга, т. е.

птф - адр Н~ рдиф " пщ> = 0, (7.1)

7.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА >з-л ПЕРЕХОДА

Нам уже известно (см, параграф 6.3), что положение уровня Ферми в примесном полупроводнике зависит от проводимости и концентрации носителей заряда. На рис. 7.4, о и б показано положение уровня Ферми на энергетических диаграммах обособленных р- и «-областей ГЕОЛупроводника (до контакта). В полупровод[[ике /г-типа уровень Ферми {W-p на рис. 7.4, а) смешен от середины запрешенной зоны

в сторону зоны проводимости, а в полупроводнике р-типа уровень Ферми [Wp на рнс. 7.4, б) смешен в сторону валентной зоны.

После образования р - п-перехода и возникновения некоторой контакт].ой разности потенциалов устанавливается тепловое равновесие, при котором результирующий ток через р - п-переход становится равным нулю. Это означает, что в условиях теплового равновесия вероятность прохождения носителей заряда через р - п-переход в обоих направлениях становится одинаковой. Следовательно, энергетические диаграммы п- и р-областей полупроводника в процессе установления теплового равновесия должны сместиться относительно друг друга так, чтобы уровень Ферми был постоянным по всему переходу, т. е. уровень Ферми р-области Wp и п-области IFp должны расположиться в одну линию. При этом энергетическая диаграмма р - п-перехода имеет вид, показанный"на рис, 75, в. Разность минимальных энергий электрона в зонах проводимости р- и п-областей равна ефц, т. е. определяется контактной разностью потенциалов. Когщентрация электронов в зоне проводимости л-областн сказывается выше, так как минимальная энергия, которой до,1:;л1Ы



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [ 38 ] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0009