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 |
|
||||||||||||||||||||
Розподіл густини об’ємного заряду та концентрації носіїв заряду в р-n-переходіФізичні процеси в затемненому р-n-переході В монокристалі германію, кремнію чи іншого напівпровідника, легованого при вирощуванні можна створити такий розподіл домішки, що одна частина кристалу буде напівпровідником n-типу, а інша – напівпровідником р-типу. Таким чином, в деякій досить тонкій області (на границі розділу двох напівпровідників) може спостерігатися перехід від n-типу до р-типу. Ця область розглядається як контакт електронного і діркового напівпровідників.
Рис. 1.1 Розподіл концентрації акцепторів Na і донорів Nd в несиметричному
Оскільки на границі розділу областей існує градієнт концентрації вільних носіїв заряду, то буде проходити процес дифузії електронів в р-область і дірок в n-область. Це призводить до збіднення основними носіями заряду при- граничних шарів і до виникнення об’ємних зарядів протилежного знаку. В різкому р-n-переході утворюються збіднені шари ступінчатого об’ємного заряду, в плавному – лінійного об’ємного заряду (рис.2). На рис. 1 і 2 показано випадок, коли концентрація акцепторів в дірковій області більша ніж концентрація донорів в електронній області.
Рис. 1.2 Розподіл густини об’ємного заряду ρ в несиметричному
Відповідно товщини шарів знаходяться в оберненому співвідношенні. Можливе і обернене співвідношення концентрацій донорів і акцепторів. Сума об’ємних зарядів в р- і n-областях рівна нулю, тобто площі під кривими ρ(x) рівні між собою. В теорії р-n переходу зазвичай вважають, що концентрація рівноважних носіїв заряду в напівпровіднику поза р-n-переходом рівна концентрації домішок, тобто останні повністю іонізовані. Рівноважна концентрація електронів nn0 в нейтральній n-області, рівна NД, а рівноважна концентрація дірок рр0 в нейтральній р-області рівна Na: Відповідно товщини шарів знаходяться в оберненому співвідношенні. Можливе і обернене співвідношення концентрацій донорів і акцепторів. Сума об’ємних зарядів в р- і n-областях рівна нулю, тобто площі під кривими ρ(x) рівні між собою. В теорії р-n переходу зазвичай вважають, що концентрація рівноважних носіїв заряду в напівпровіднику поза р-n-переходом рівна концентрації домішок, тобто останні повністю іонізовані. Рівноважна концентрація електронів nn0 в нейтральній n-області, рівна NД, а рівноважна концентрація дірок рр0 в нейтральній р-області рівна Na: . (1.1) Для рівноважних концентрацій завжди справедливий закон діючих мас, тому, якщо р-n-перехід створений в монокристалі, то добуток концентрацій основних і не основних носіїв заряду в обох частинах р-n-переходу одинаковий і рівний ni2 для даного напівпровідника при даній температурі: . (1.2) Область р-n-переходу збіднена основними носіями заряду. На рис. 1.3 зображені криві концентрацій основних і неосновних носіїв заряду по обидві сторони від різкого р-n-переходу і в самому переході.
Рис. 1.3 Розподіл концентрації основних і неосновних носіїв
Для різкого переходу об’ємний заряд в електронній частині визначається як постійна величина: ; (1.3) для плавного – відповідно у вигляді лінійної функції: , (1.4) де Аn – градієнт концентрації домішок (донорів), які всі є іонізованими. В дірковій частині р-n переходу маємо: ; (1.5) . (1.6) Формули відповідають ідеальному випадку, в дійсності ж об’ємний заряд може дещо відрізнятися від цих значень (див. рис. 1.2). 1.2 Зонна схема рівноважного стану р-n переходу. Контактна різниця потенціалів в р-n-переході При відсутності зовнішньої напруги р-n-перехід знаходиться в рівновазі. Дифузійні струми основних носіїв заряду зрівноважуються дрейфовими струмами неосновних носіїв заряду, так, що повний струм через р-n-перехід рівний нулю. На рис. 1.4, а приведена зонна схема для рівноважного стану р-n-переходу. Рівень Фермі являється спільним для всіх областей напівпровідника, дно зони провідності в дірковому напівпровіднику Еср займає найвище положення, що відповідає малій концентрації електронів, оскільки рівень Фермі розміщується далеко від Еср (нижче Еір).
Рис. 1.4 Зонна схема рівноважного стану несиметричного р-n-переходу (а)
Відмітимо, що хід потенціалу протилежний зміщенню зон, так що потенціал в електронній частині напівпровідника найвищий, а в дірковій найнижчий. При переході із n- в р-область потенціал зменшується на величину контактної різниці потенціалів (рис. 1.4, б). Але і вигин зон може характеризу-вати цю різницю потенціалів, при чому він рівний: . (1.7) Крім того, (1.8) ; (1.9) . (1.10) Із співвідношень (1.9) і (1.10) знаходимо величини Еф - Еіn і Еір - Еф і підста-вляємо в (1.8). Звідси: . (1.11) З останньої формули видно, що чим сильніше леговані обидві області напівпровідника (чим більші nn0 і рр0), тим більша контактна різниця потенціалів. Максимальне значення еVк в невироджених напівпровідниках можна визначити безпосередньо по діаграмі рис. 1.4, а, так що ; (1.12) тобто рівна ширині забороненої області. В звичайних ж умовах . На основі (1.11) можна отримати формули, які будуть виражати рівноважні концентрації неосновних носіїв заряду через рівноважні концентрації основних носіїв заряду в протилежних областях і контактну різницю потенціалів: ; (1.13) . (1.14) Розглянемо тепер, як буде змінюватись зонна діаграма при накладанні на
Рис. 1.5 Зонна діаграма для рівноважного стану (а), при прямому (б)
При накладанні зовнішнього поля в прямому напрямку вигин зон на р-n переході зменшується і рівний . Тут φn і φр – зміна потенціалу в n- і р-областях. Квазірівні Фермі для основних носіїв заряду в n-області (ЕФn) і основних носіїв заряду в р-області (ЕФр) зміщуються один відносно одного на еV, тобто: . Для тонкого р-n-переходу можна вважати квазірівень ЕФn незмінним по всій n-області, а також у всьому р-n-переході. Навпаки, квазірівень ЕФр можна вважати однаковим в р-області і у всьому р-n-переході. Як показують розрахунки, зміщення квазірівнів ЕФn і ЕФр в р-n-переході в порівнянні з їх положенням в n- і р-областях лежить в межах величини kT, так що цим зміщенням зазвичай нехтують. Пунктирними лініями умовно нанесені квазірівні Фермі для неосновних носіїв заряду в кожній із областей. На відстані від р-n-переходу вони співпадають з квазірівнями для основних носіїв заряду, тобто рівнями Фермі для кожної із областей. При накладанні зовнішнього поля в зворотному напрямку (рис. 1.5, в) вигин зон на р-n переході збільшується і рівний е(Vк+Vзв) , де Vзв – частина зовнішньої напруги, яка спадає на р-n-переході. Якщо вважати зворотну напругу від’ємною і позначити її через V, то вказаний вигин зон буде е(Vк – V) = (φn + φp)e. Квазірівні Фермі зміщуються так, що залишається справедливим (15), тільки обидві частини цього рівняння від’ємні.
Читайте також:
|
|||||||||||||||||||||
|