(495)510-98-15
Меню
Главная »  Промышленная электроника 

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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

дрейфом (дрейфовое движение), а под воздействием разности концентраций носителей заряда -диффузией (диффузионное движение). В зависимости от характера движения носителей заряда различают соответственно дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках, а в зависимости от типа носителей заряда - электронные и дырочные составляющие этих токов.

Перемещение носителей заряда в кристалле под воздействием электрического поля происходит при непрерывном их столкновении с узлами кристаллической решетки и атомами примеси. Носители заряда перемещаются в кристалле с некоторой средней скоростью, пропорциональной напряженности электрического поля:

сР = - 0 л)

% р = VpE. (1.4а) ]

Коэффициент пропорциональности называют подвижностью электронов ((i ) и д ы р о к (1р). Электроны переме-1 щаются в направлении, противоположном действию поля, а дырки -1 в направлении действия поля. Этим объясняется наличие знака минус! в формуле (1.4). Движение дырок, обусловливаемое замещением валентными электронами дефектов ковалентных связей атомов в решет-1 ке, является более затруднительным, чем свободных электронов. Поэтому при одинаковой напряженности электрического поля сред-] няя скорость электронов выше, чем дырок, и (in> \ip. Так, для гер- мания (in = 3800 см2/(В - с), (iP = 1800 см2/(В - с), а для кремния; ц„ = 1300 см2/(В - с), (1р = 500 см2/(В с).

Плотности дрейфовых составляющих тока в кристалле определя-1 ются величиной заряда, переносимого носителями через единичное] сечение в единицу времени:

дР п = - qnvCV)n, (1.5)1

pp = W cpp- (1.5а)!

где п, р - концентрации электронов и дырок в объеме полупроводника; q - заряд электрона.

Знак минус в выражении (1.5) означает, что принятому направлению тока соответствует противоположное направление движенияj электронов.

С учетом (1.4) соотношения для плотностей дрейфового электрон-j ного и дырочного токов приобретают вид

дртг = апр-пЕ, (1.6)

Jap р = ЯРРрЕ. (1.6а)

Суммарная плотность тока, протекающего через полупроводник под действием электрического поля,

J = дР = дР п + JnP р = ЯЩпЕ + qpV-pE. (1.7)1



В чистых полупроводниках п = р, но цп примерно вдвое выше гдо этой причине в чистых полупроводниках электронная составляющая плотности тока в то же число раз больше дырочной. В примесных же полупроводниках концентрации пир различаются на несколько порядков, в связи с чем в электронном полупроЕОднике дрейфовый ток обусловливается преимущественно электронами, а в дырочном - дырками.

Из формулы (1.7) следует, что плотность тока (проводимость) полупроводников зависит от концентрации носителей заряда и их подвижности. Подвижность носителей заряда уменьшается с ростом температуры. Это объясняется повышением интенсивности тепловых колебаний атомов в кристаллической решетке и увеличением вероятности столкновений с ними электронов и дырок. В чистых полупроводниках, несмотря на снижение подвижности носителей, плотность тока и проводимость увеличиваются с ростом температуры вследствие повышения концентрации носителей заряда. В примесных полупроводниках в рабочем диапазоне температур концентрация носителей заряда мало изменяется, так как ее определяет главным образом концентрация основных носителей заряда, созданная примесью (все атомы примеси ионизированы). В связи с этим плотность тока и проводимость здесь с ростом температуры несколько уменьшаются вследствие уменьшения подвижности (ц = Т~~3/2). Ввиду меньшей подвижности носителей заряда удельное сопротивление кремния больше, чем германия.

Диффузионное движение носителей заряда возникает, когда имеется различие в концентрации электронов (дырок) в соседних слоях полупроводника. Носители заряда перемещаются из слоя с большей концентрацией в слой с меньшей концентрацией. Если в данном слое постоянно поддерживается более высокая концентрация носителей заряда, чем в соседнем с ним слое, то создается непрерывный диффузионный поток носителей заряда в направлении убывания концентрации.

Плотности потоков носителей заряда пропорциональны градиенту их концентрации; при одномерной диффузии (когда концентрация вдоль оси х падает: dn/dx<. О или dpldx<i 0) их находят из соотношений

Коэффициент пропорциональности называют коэффициен-диффузии электронов (Dn) и дырок (Dp). коэффициент диффузии равен числу носителей заряда, диффундирующих за 1 с через площадку в 1 см2 при единичном градиенте концентрации, и имеет размерность см2/с. Коэффициент диффузии связан с Движностью носителей заряда соотношением Эйнштейна

0 = ФГ!*, (1.9)



где фг = kTlq - тепловой потенциал, выражаемый, так же как и электрический потенциал, в вольтах; Т - абсолютная температура (при Т = 300 К фг = 0,025 В). В кремнии при комнатной температуре Dn як 32 см2/с, Dp 12 см2/с.

Зависимость фг и д. от температуры обусловливает и температурную зависимость коэффициента диффузии (D = Т~1/2).

Носители заряда, выходящие из слоя с повышенной концентрацией и входящие в слой с меньшей концентрацией, по мере продвижения рекомбинируют с носителями заряда противоположного знака (носители заряда обладают конечным временем жизни). Их концентрация уменьшается по экспоненциальному закону, стремясь к равновесной. Расстояние, на котором избыточная концентрация носителей заряда уменьшается в е раз, называют диффузионной длиной L (соответственно Ln - для электронов и Lv - для дырок). Иными словами, это среднее расстояние, на которое носитель заряда может переместиться за время своей жизни. Диффузионная длина связана с коэффициентом диффузии и временем жизни носителей заряда соотношениями

Ln = V~D~, (U0)s

Lp = V~DpTv. (1.10а)

§ 1.2. полупроводниковые диоды

Принцип действия и вольт-амперная характеристика диода

Диодами называют двухэлектродные элементы электрической цепи, обладающие односторонней проводимостью тска. В полу-

А

К

--£>J-

о и, 6)

Рис. 1.7. Полупроводниковый диод:

а - полупроводниковая р-я-структура диода; б - условное графическое обозначение диода; в -- упрощенная (идеальная) вольт-амперная характеристика диода

проводниковых диодах односторонняя проводимость обусловливается применением полупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которых обладает дырочной (р), а другой - электронной (п) электропроводностью (рис. 1.7, а). Обозначение диода на электронных схемах и его упрощенная (идеальная) вольт-амперная характеристика показаны на рис. 1.7,6, в. Принцип дейст-1 вия полупроводникового диода основывается на специфике процес-j сов, протекающих на границе раздела р- и n-слоев, в так называв-1 мом электронно-дырочном переходе (р-/г-переходе)..1



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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.