Анализ равновесного p-n перехода. Высота потенц. барьера, зав-ть от температуры и концентрации

Высота потенц. барьера:

Равновесная высота потенциального барьера тем выше, чем меньше собственная концентрация (чем больше ширина ЗЗ). Температурная чувствительность барьера выражается в виде: .

Плотности заряда при идеализированном распределении постоянны: ; . Подставляя эти значения в уравнение Пуассона и интегрируя дважды, получим линейное распределение напряженности Е и квадратичное распределение электрического потенциала .

При x=0 получаем соотношение между составляющими ширины перехода в n- и p- слоях: .

В несимметричном (и особ. одностороннем) переходе n⁺-p выполняется . Значит, и .

При x=0 и

Ширина потенциального барьера в несимметрич: , N – конц. примеси в высокоомном слое перехода.

Ширина равновесного плавного перехода: , N’ – градиент эффективной концентрации. Так как он одинаков в обоих частях перехода, то переход симметричен.

14 Анализ электронно-дырочного перехода в неравновесном состоянии

Неравновесное состояние р-n-перехода наступает при подаче внешнего напряжения U и характеризуется протеканием тока через переход. Сопротивление обедненного слоя значительно выше со­противления нейтральных областей, поэтому внешнее напряжение U практически оказывается приложенным к самому обедненному слою и влияет на величину потенциального барьера. напряжение на р-n-переходе наз прямым, если оно понижает барьер. Это когда плюс источника питания присоединен к р-области, а минус – к n-области. Потенци­альный барьер при прямом напряжении

Внешнее поле складывается с внутренним полем и потенциаль­ный барьер увел., если плюс источника присоединяется к n-области. Такое напряжение называется обратным и считается отрицательным.

Вместе с высотой изменяется и ширина потенциального барьера:

При прямом напряжении переход сужается, а при обратном расширяется. Вывод: при прямом смещении напряженность поля уменьшается, след.,нарушается равновесие между диффузионными и дрейфовыми потокам, а именно диффузия начинает преобладать над дрейфом.Вследствие диффузии увел. концентрация неоснов. носителей заряда в нейтральных областях, граничащих с переходом, этот процесс наз. инжекцией носителей заряда.

Опред. концентрацию избыточных граничащих носит. заряда ∆n_p и ∆p_n:

∆φ₀=φ_тln(n_n0/n_p0), заменим n_p формулой: n_p=n_p0+∆n_p ∆φ=∆φ₀-u, получим

∆φ₀-u=∆φ_тln(n_n0/n_p0+∆n_p)= φ_т(ln(n_n0/n_p0)-ln(1+∆n_p/n_p0)), тогда будем иметь:

∆n_p= n_p0(e^u/φт-1) ∆p_n =p_n0 (e^u/φт-1)

При прямом напряжении увеличивается концентрация избыточных неосновных носителей заряда.Инжектирующий слой(с меньшим удельным сопротивлением) наз эмиттером, а слой с большим удельным сопротивлением, который не инжектируется базой. Подадим на п-н переход обратное напряжение(высота барьера увел, толщина увел.)Уменьшается концентрация неосновных носителей заряда у границ перехода наз. экстракцией

Коэф. инжекции равен: γ=I_p/(I_p+I_n)=I_p/I γ→1 Коэф. инжекции –отношение тока носителей заряда в инжектируемых базах к полному току для несимметричного перехода. Уровень инжекции:δ=∆p_n/n_n0≈∆p_n/N_d Отношение концентрации инжектируемых в базе неосн. носит. заряда в базу концентрации неосновных носителей в базе в равновесном состоянии. δ<<1-низкий уровень, δ>>1- высокий уровень.

Энергетические диаграммы р-n-перехода для прямого и обрат­ного напряжений. Уровни Ферми в р- и n-областях распо­лагаются на разной высоте, так что интервал между ними равен q|U|,т.е. пропорционален приложенному напряжению.