МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах
РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ" ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів
Контакти
Тлумачний словник Авто Автоматизація Архітектура Астрономія Аудит Біологія Будівництво Бухгалтерія Винахідництво Виробництво Військова справа Генетика Географія Геологія Господарство Держава Дім Екологія Економетрика Економіка Електроніка Журналістика та ЗМІ Зв'язок Іноземні мови Інформатика Історія Комп'ютери Креслення Кулінарія Культура Лексикологія Література Логіка Маркетинг Математика Машинобудування Медицина Менеджмент Метали і Зварювання Механіка Мистецтво Музика Населення Освіта Охорона безпеки життя Охорона Праці Педагогіка Політика Право Програмування Промисловість Психологія Радіо Регилия Соціологія Спорт Стандартизація Технології Торгівля Туризм Фізика Фізіологія Філософія Фінанси Хімія Юриспунденкция |
|
|||||||
ЕЛЕКТРОННО-ДІРКОВИЙ ПЕРЕХІД
Межа між двома сусідніми областями напівпровідника, що мають різний характер електропровідності між шарами р- і n-типу, називається електронно-дірковим переходом, або р-n-переходом. Такий перехід є основою більшості напівпровідникових приладів. У наш час в напівпровідниковій електроніці найбільш широко застосовуються площинні й точкові р-n-переходи. Площинний р-n-перехiд являє собою шарово-контактний елемент в об’ємі кристала на межі двох напівпровідників з провідностями р- і n-типів (рис. 1.4, а). У виробництві
Рис. 1.4 напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем застосовують переходи типу р+ – n або р – n +, а також n+ – n (електронно-електронний) р+ – р (дірково-дірковий) переходи. Індекс «+» підкреслює більшу електропровідність даної області монокристала. За способом виготовлення площинні р-n-переходи поділяються на вирощені, сплавні та дифузійні. Останнім часом при формуванні p-n-переходів мікросхем (особливо р-n та n+ - n-типів) широко застосовується епітаксійно-планарна технологія виготовлення. При формуванні точкового p-n-переходу через точковий контакт вістря (діаметром 10-20 мкм) металевої пружини з напівпровідником основної маси кристала n-типу пропускають протягом частини секунди імпульс струму порівняно великої потужності. При цьому в мікрооб'ємі під вістрям змінюється тип електропровідності за рахунок дифузії домішки з вістря пружини в напівпровідник. На межі поділу Рис. 1.5 р- і n-шарів створюється напівсферичний р-n-перехiд (рис. 1.4, б) діаметром порядку десятків мікрометрів. Розглянемо електронні процеси в робочих областях кристала і в самому p-n-переході у відсутності зовнішнього електричного поля, а також за умови, що на межі поділу областей відсутні механічні дефекти та інші включення (рис. 1.5, а). Оскільки концентрація дірок у напівпровіднику p-типу набагато більша, ніж у напівпровіднику n-типу, і, навпаки, в напівпровіднику n-типу висока концентрація електронів, то на межі поділу напівпровідників з різною електропровідністю створюється перепад (градієнт) концентрації дірок та електронів. Це викликає дифузійне переміщення дірок з p-області в n-область і електронів у протилежному напрямі. Густини діркової та електронної складових дифузійного струму при цьому відповідно jрдиф та jnдиф. Внаслідок відходу дірок з приконтактної області p-типу та електронів з приконтактної області n-типу на цих ділянках створюється збіднений на рухомі носії заряду шар і з'являється нескомпенсований від'ємний заряд за рахунок іонів акцепторної домішки (в приконтактній області p-типу) і позитивний заряд за рахунок іонів донорної домішки (в приконтактній області n-типу). На рис, 1.5, а збіднений шар відмічений кружечками зі знаками «-» та «+», що позначають негативні та позитивні іони відповідно акцепторної та донорної домішки. Таким чином, збіднений шар - це область напівпровідника з певною густиною об’ємного заряду, наявність якого приводить до створення електричного поля (на рис. 1.5, а напрям напруженості цього поля показано вектором Е). Це поле перешкоджає подальшому дифузійному переміщенню дірок з напівпровідника p-типу в напівпровідник n-типу і електронів у протилежному напрямі. Оскільки збіднений шар має незначну електропровідність у зв'язку з тим, що в ньому практично відсутні вільні носії заряду, його ще називають запірним шаром. Дія електричного поля з напругою Е проявляється в тому, що через p-n-перехід можуть переміщуватися (дрейфувати) лише неосновні носії заряду, тобто дірки з напівпровідника n-типу та електрони з напівпровідника p-типу, які обумовлюють дрейфові струми, густина яких відповідно jpдрта jnдр . Густина повного струму через р-n-перехiд визначається сумою дифузійних і дрейфових складових густин струмів, які при відсутності зовнішньої напруги однакові. Напрям струмів дрейфу протилежний струмам дифузії. Тому в стані термодинамічної рівноваги при незмінній температурі і відсутності зовнішнього електричного поля густина повного струму через р-n-перехiд дорівнює нулю: jp диф + jn диф + jpдр + jn др = 0. Подвійний електричний шар в області p-n-переходу (рис. 1.5, а) зумовлює контактну різницю потенціалів, яку називають потенціальним бар’єром φк (рис. 1.5, 6), що визначається рівнянням φк = φт ln(nn/np) = φт ln(pp/pn), (1.1 ) де φт = kT/q — тепловий потенціал при нормальній температурі, тобто при Т = 300 К, φт = 0,26 В; k = 1,38·10-23 Дж/К - стала Больцмана; Т - абсолютна температура; q - заряд електрона; nп і pп, pр і nр - рівноважні концентрації основних та неосновних носіїв заряду в n-області (p-області). У германієвих переходах φк = 0,3 - 0,4 В, у кремнієвих φк = 0,7-0,8 В. Якщо прикласти до p-n-переходу зовнішню напругу UR так, щоб плюс був на області напівпровідника n-типу, а мінус - на області напівпровідника p-типу (таке вмикання називають зворотним, рис. 1,5, в), то збіднений шар розширюється, оскільки під дією зовнішньої напруги електрони і дірки як основні носії заряду зміщуються в різні сторони від р-n-переходу. Ширина нового збідненого шару показана умовно на рис. 1.5, б, г штрихпунктирними лініями. При цьому висота потенціального бар’єра також зростає і дорівнює φк + UR, оскільки напругу зовнішнього зміщення прикладено відповідно до контактної різниці потенціалів (рис. 1.5, г). Збільшення потенціального бар’єра порушує стан термодинамічної рівноваги. При цьому дифузійна складова струму через р-n-перехiд зменшується. А дрейфова складова струму не змінюється, оскільки концентрація неосновних носіїв заряду визначається лише процесом термогенерації, а не рівнем напруги. Тому при зворотному вмиканні p-n-переходучерез нього проходить зворотний струм іR, який визначається неосновними носіями й із збільшенням зворотнозміщуючої напруги наближається до сталого значення I0 = Inдр + I pдр. Струм іR = I0 називають тепловим струмом, або струмом насичення. Якщо змінити полярність джерела зовнішньої напруги (таке зміщення називають прямим, рис. 1.5, д), то збіднений шар p-n-переходу звужується, а його провідність збільшується. Це пов'язано з тим, що збіднений шар поповнюється основними носіями заряду з об’ємів областей р- і n-типу, оскільки під дією UF електрони і дірки з об'єму напівпровідника рухаються назустріч до р-n-переходу. Оскільки напруга зовнішнього джерела прикладається назустріч контактній різниці потенціалів, потенціальний бар’єр знижується і дорівнює φF -UF (рис. 1.5, е). При цьому створюються умови для інжекції основних носіїв заряду - дірок з напівпровідника p-типу в напівпровідник n-типу і електронів в протилежному напрямі, що зумовлює протікання через р-n-перехiд великого прямого струму іF, який визначається дифузією основних носіїв заряду (дифузійний струм). 3в'язок між прямим струмом і прикладеною до p-n-переходу прямою напругою UF визначається виразом іF = I0 [exp (UF/φт) - 1] (1.2) 3воротний струм можна визначити з рівняння (1.2), замінивши значення UF на – UR. Враховуючи, що в робочій частині діапазону зворотних струмів φт << | UR|, одержимо іR = I0 (1.3) струм іR значно менший за іF . Пряма і зворотна вітки вольт-амперної характеристики, що відповідають рівнянням (1.2) і (1.3), показані на рис. 1.6. Рис. 1.6 Із співвідношень (1.2) та (1.3) вольт-амперної характеристики випливає, що значення і напрям струму, який протікає через р-n-перехiд, залежать від значення і знака прикладеної напруги. При прямому зміщенні опір p-n-переходу незначний, а струм великий. Зворотне зміщення на переході зумовлює значно більший опір і малий зворотний струм. Таким чином, р-n-перехiд має односторонню провідність, що дозволяє використати його для випрямлення змінного струму. Якщо зворотна напруга перевищує деяке значення U(ВR) (рис. 1.6), що називається пробивною напругою, то зворотний струм різко зростає. Якщо його не обмежити, то відбувається електричний пробій p-n-переходу, що супроводжується часто тепловим пробоєм. Електричний пробій пояснюється значним збільшенням напруженості електричного поля в p-n-переході при UR > U(ВR). Воно надає електронам і діркам енергії, достатньої для ударної іонізації частинок в переході, відбувається лавиноподібний процес розмноження додаткових пар зарядів. Внаслідок цього різко зростає зворотний струм. Короткочасний електричний пробій не руйнує p-n-переходу, тобто є оборотним явищем. А тепловий пробій супроводжується перегрівом p-n-переходу, що виводить останній з ладу. З ростом температури зростає як прямий, так і зворотний струм. Вольт-амперна характеристика p-n-переходу при більш високій температурі показана на рис. 1.6 штриховою лінією.
Читайте також:
|
||||||||
|