Электронно-дырочный переход

1.9.1. Общие сведения о n - p -переходе

Электронно-дырочный или n - p -переход может быть получен путем контакта n - и p -полупроводников. Следует отметить, что этот контакт не механический, а полученный внутри кристалла и может быть образован за счет вплавления акцептора в п -полупроводник или донора в р -полупровод-ник (сплавные n - p -переходы), а также методом диффузии в вакуумных печах парообразного донора или акцептора в р - или n -кристалл (диффузионные n - p -переходы).

Наибольшее применение в полупроводниковых приборах получили несимметричные и односторонние переходы, когда концентрация присадки в одной области больше или значительно больше, чем в другой. Например, N _д > N _а, N _д >> N _а или наоборот, где N _а – концентрация акцепторной присадки; N _д – концентрация донорной присадки. Область с меньшей концентрацией присадки называется базой, а с большей концентрацией – эмиттером.

Все n - p -переходы подразделяются на ступенчатые и плавные. В ступенчатых переходах считается, что концентрация на границе меняется скачком. Это идеализированное представление n - p -перехода, но удобное – при анализе и количественных расчетах.

1.9.2. Физика работы n - p -перехода

Для рассмотрения физических процессов, происходящих на n - p -переходе в равновесном состоянии (внешнее электрическое поле равно 0) нарисуем диаграммы изменения на переходе заряда q, потенциала Dj₀, концентраций n_n, p_n, p_p, n_p, а также изменение зонной диаграммы, считая переход реальным (плавным) (рис. 1.12).

Рис. 1.12

На рис. 1.12 принято, что концентрация присадки доноров N_n больше, чем концентрация присадки акцепторов N_p; неподвижный ион донорной примеси обозначается Å, а акцепторной –; Dj₀ – высота потенциального барьера на переходе; q – объемный заряд ионов доноров и акцепторов; n_n и р_р – концентрация основных носителей в n и р областях; p_n и n_p – концентрация неосновных носителей в n и р областях.

Если соединить два полупроводника разной проводимости, то вследствие градиента (разной концентрации) носителей в n - и р -областях возникают диффузионные силы. Под действием этих сил электроны из области n начинают смещаться в область р. Электрон, ушедший из области n, оставляет неподвижный положительный ион донора. Электрон, пришедший в область р, занимает вакантную связь (рекомбинирует с дыркой) и создает отрицательный неподвижный ион акцептора. В сумме все ионы донора и все ионы акцептора образуют объемный положительный заряд в области n и отрицательный объемный заряд в области р. Эти два заряда создают равновесный потенциальный барьер Dφ₀, который образует электрическое поле внутри р - n -перехода на его границе. Электрическое поле направлено таким образом, что оно тормозит движение основных носителей, снижая диффузионный поток, но в то же время ускоряет неосновные носители. Появляется встречный дрейфовый поток электронов и дырок. В результате этого поток дрейфовый становится равным диффузионному, так как эти потоки направлены встречно, то суммарный поток равен 0. Это явление называется динамическим равновесием. При динамическом равновесии устанавливается постоянная глубина распространения объемного заряда или ширина обедненного слоя вблизи p - n -перехода, постоянный заряд и постоянная высота потенциального барьера Dj₀.