(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

Электрические процессы в р-я-переходе в отсутствие внешнего напряжения

В германиевых и кремниевых диодах двухслойная р-п-структура (рис. 1.8, а) создается введением в один из слоев монокристалла акцепторной примеси, а в другой - донорной примеси. При комнатной температуре атомы акцепторов и доноров можно считать полностью ионизированными, т. е. практически все акцепторные атомы присоединяют к себе электроны, создавая при этом дырки, а доноркые атомы отдают свои электроны, которые становятся свободными-. Кроме основных носителей заряда в каждом из слоев имеются неосновные носители заряда, создаваемые путем перехода электро- L~ -нов основного материала из валентной зоны в зону свободных уровней.

На практике наибольшее распространение получили /- -структуры с неодинаковей концентрацией внесенных акцепторной Nа и донорной ЛГД примесей, т. е. с неодинаковой концентрацией основных носителей заряда в слоях рр яйА/а и пп ж да N л. Типичными являются структуры с N я N л (рр> пп). Распределение концентраций носителей заряда для таких

структур показано на рис. 1.8, б на при-

10i8 -

-----+ 4

мере германия, где приняты рр-пп = 1015 см 3. Концентрация собственных носителей заряда в германии при комнатной температуре г = 2,5 1013 см 3. Концентрации неосновных носителей заряда, существенно меньшие концентраций основных носителей заряда, составят для рассматриваемой структуры в соответствии с (1.2) р 109см 3,р„ 1012см~3.

В р- -структуре на границе раздела слоев А В возникает разность концентраций одноименных носителей заряда: в одном слое они являются основными, в Другом - неосновными. В приграничной области под действием разности концентраций возникает диффузионное движение основных носителей заряда во встречном Управлении через границу раздела. Дырки из р-области диффундируют в п-об-Сть, электроны из -области - в р-об-KOMrf ЫРКИ вошедшие в -область, ре-а Инируют с электронами этой области, Ды ЛектРОны, вошедшие в р-область, - с нками р-области. Вследствие двух факто-

+--t-Юп t

г) О

+ ++ + ++ +++ + + +

+ ++ + ++

/ьем-4

JAUtp

Рис. 1.8. Образование р-п-перехода в р-я-структуре

полуп ров одника. я - Р-л-структура полупроводника; б - распределение концентраций носителей заряда; в - составляющие тока в р-л-пере-ходе; г - распределение заряда; д - диаграмма напряженности поля; е - потенциальный барьер в р-л-переходе



ров (ухода основных носителей заряда из приграничных областей и их! рекомбинации с носителями заряда противоположного знака) концентрации основных носителей заряда (рр и пп) в обеих приграничных; областях, суммарная ширина которых /0, снижаются (рис. 1.8,6). Кроме того, в соответствии с выражением (1.2) снижение концентрации носителей заряда одного знака сопровождается повышением] концентрации носителей заряда другого знака. Вследствие этого в приграничной р-области повышается концентрация электронов, а в приграничной п-области - концентрация дырок. Таким образом,; становится понятным характер распределения концентрации носи-: телей заряда в p-n-переходе, показанной на рис. 1.8, б сплошными; линиями.

Важнейшим следствием диффузионного движения носителей за- ряда через границу раздела слоев является появление в пригранич-1 ных областях объемных зарядов, создаваемых ионами] атомов примесей. Так, при уходе дырок из р-слоя в нем создаете некомпенсированный отрицательный объемный заряд за счет остав шихся отрицательных ионов акцепторных атомов примеси. Элект! роны же, ушедшие из n-слоя, оставляют здесь нескомпенсированны положительный объемный заряд, создаваемый положительными иона ми донорных атомов примеси. Наличие объемного заряда являете главной особенностью p-n-перехода. Кривая распределения объемного заряда в р-я-переходе показана на рис. 1.8, г. Ввиду наличи объемного заряда в р-га-переходе создаются электричес] кое поле и разность потенциалов. Кривьг Е(х) и ц>(х) показаны на рис. 1.8, д, е (за нулевой принят потенциа n-слоя). Отметим, что рассмотренный процесс формирования p-n-nej рехода происходит уже на этапе введения в монокристалл акцептор; ной и донорной примесей.

Толщина слоя объемного заряда /0 составляет доли мик; рометров и зависит от концентрации примеси (основных носителе: заряда) в р- и n-областях (от удельного сопротивления слоев). Объем, ные заряды по обе стороны границы раздела равны и создаются, ка известно, неподвижными ионами примеси. Если бы концентраци акцепторной А/а и донорной А/д примесей были равны (симметричны р-га-переход), то концентрации отрицательных ионов слева от границ раздела и положительных ионов справа были бы также равны и n-переход имел бы одинаковые толщины слоев /ор и 1т. В рассматр ваемом случае несимметричного p-n-перехода (N а > Nn) концен рация неподвижных отрицательных ионов слева от границы разде. А В будет выше концентрации неподвижных положительных ион< справа (рис. 1.8, а), в связи с чем равенству объемных зарядов обои! знаков (рис. 1.8, г) здесь будет отвечать условие 10п > 10Р. Иным словами, p-n-переход толщиной /0 будет преимущественно сосред точен в n-области, как в более высокоомной.

Внутреннее электрическое поле, созданное объемными зарядам является фактором, под действием которого обеспечивается раве: ство потоков носителей заряда через переход в обоих направления т. е. равенство нулю суммарного тока в отсутствие внешнего элек



ческого поля. Это обусловливается тем, что внутреннее электри-Ри ое поле с потенциальным барьером <р0 (рис. 1.8, ё) 4 чпает тормозящее действие для основных и ускоряющее - для Сросновных носителей заряда. Таким образом, внутреннее электрическое поле приводит к уменьшению плотности диффузионного тока j через переход и появлению встречного ему дрейфового тока плотностью /др-

Плотность диффузионного тока J тф, обусловленного основными носителями заряда (рис. 1.8, в), направлена вдоль оси х и состоит из потока дырок, перемещающихся под действием диффузии из р-области в n-область, и потока электронов, диффундирующих из n-области в р-область.

Плотность дрейфового тока Jnp (рис. 1.8, в) создается неосновными носителями заряда прилегающих к р-п-переходу слоев с толщиной, равной диффузионной длине: Ln - для электронов р-слоя и Lp - для дырок n-слоя (рис. 1.8, а). Неосновные носители заряда, совершая тепловое движение в этих слоях, успевают за время своей жизни попасть в область действия электрического поля, увлекаются этим полем и перебрасываются через переход. Таким образом, плотность дрейфового тока определяется потоками подходящих неосновных носителей заряда из прилегающих к p-n-переходу слоев. Она зависит от концентрации неосновных носителей заряда в слоях и диффузионной длины. Дрейфовый ток имеет направление, противоположное направлению диффузионного тока.

Равенству нулю тока через переход в отсутствие внешнего напряжения соответствует уменьшение диффузионной составляющей тока до величины его дрейфовой составляющей. Равенство составляющих тока /диф = J создается установлением соответствующей величины потенциального барьера ср0 в p-n-переходе. Величина потенциального барьера ф0 (называемого также контактной разностью потенциалов) зависит от соотношения концентраций носителей заряда одного знака по обе стороны перехода и определяется соотношением

Ф0 = фг In If- = Фг In -22- . (1.11)

Высота потенциального барьера зависит от температуры ввиду зависимости от нее теплового потенциала и концентрации неосновных носителей заряда в слоях полупроводниковой структуры. Более сильное влияние температуры на концентрацию неосновных носителей заряда, чем влияние на величину ц>т, приводит к тому, что с ростом температуры высота потенциального барьера уменьшается. При комнатной температуре для германия ф0 = 0,3-f- 0,5 В, а для кремния <Ро = 0,6- 0,8 В. Различие в значениях ф0 объясняется большей Величиной AW3 в кремнии и, следовательно, меньшей концентрацией Не°сновных носителей заряда (при одинаковой температуре и оди-аковЬ1х концентрациях внесенных примесей).

Уход неосновных носителей заряда через p-n-переход из приле-кяцих к нему слоев, казалось бы, должен привести к уменьшению



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.