Студопедия
Новини освіти і науки:
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



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 (UFт) - 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:

  1. Взаємоперехід частин мови
  2. Вибір довжини і параметра перехідної кривої
  3. Виникнення суб'єктивних прав і юридичних обов'язків — перехід від загальних приписів правових норм до конкретної моделі поведінки конкретних господарюючих суб'єктів.
  4. Граничний перехід у нерівностях
  5. Грошово-кредитна політика україни в перехідний період у світлі монетаристської теорії
  6. Електронно-дірковий перехід без зовнішнього електричного поля
  7. Електронно-дірковий перехід і його властивості. Напівпровідникові діоди
  8. Електронно-дірковий перехід із зовнішнім джерелом напруги
  9. Закономірності та особливості розвитку перехідних економік
  10. Закономірності та особливості розвитку перехідних економік
  11. Закономірності та особливості розвитку перехідних економік.




Переглядів: 2201

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
ПРОВIДНIСТЬ НАПIВПРОВIДНИКIВ | НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.041 сек.