2022-02-08
53Задание:
Изучить тему, распечатать и вложить в конспект лекции.
Электронно-дырочным переходом называется граница между двумя областями монокристалла полупроводника с разным типом проводимости – дырочной и электронной. При этом концентрации основных носителей заряда в каждой области могут быть как одинаковыми, так и существенно отличаться.
В зависимости от характера распределения примесей p-n -переход может быть резким (ступенчатым) и плавным. При резком переходе концентрации примесей на границе раздела областей изменяются на расстоянии, соизмеримом с диффузионной длиной, а при плавном – на расстоянии, значительно большем этой величины.
Рассмотрим более подробно процессы, происходящие на границе областей полупроводника с различным типом проводимости. Надо иметь в виду, что механическим путем, просто приведя в соприкосновение два разных полупроводника, получить p-n -переход невозможно; области с различным типом проводимости формируются в одном монокристалле введением различных примесей – донорной и акцепторной (рисунок 3.30).
|
|
|
В первый момент после введения примесей в полупроводнике образуется две области:
- Ÿ р -область, в которой свободными носителями заряда являются дырки, а в узлах кристаллической решетки расположены отрицательные ионы примеси
- n -область, в которой носителями заряда являются электроны, а в узлах кристаллической решетки располагаются положительные ионы примеси.
В целом полупроводник остается электронейтральным.
Под действием градиента концентрации свободные носители заряда начнут перемещаться из области с большей концентрацией в область с меньшей, т.е. электроны начнут диффундировать в р -область, а дырки – в n- область. В результате этого в p-n -переходе образуются так называемые диффузионные токи. При переходе в область с другим типом проводимости свободные носители заряда рекомбинируют, образуя электрически нейтральный атом полупроводника. Оставшиеся нескомпенсированными ионы примеси (отрицательные в р -области и положительные в n -области) создают вблизи границы областей слой пространственных зарядов (отрицательного со стороны р -области и положительного со стороны n -области) толщиной d (собственно p-n -переход). Между этими зарядами возникает электрическое поле напряженностью Е – так называемое поле потенциального барьера (рисунок 3.31). Разность потенциалов на границе двух слоев, образующих это поле, называется контактной разностью потенциалов Δφк.
Это электрическое поле будет действовать на свободные носители электрического заряда, причем это влияние на основные и неосновные носители заряда будет различным. Так, дырки, которые для р -области являются основными носителями заряда, будут им отталкиваться и в результате сместятся вглубь р -области. Аналогично поле будет действовать на электроны n -области. В итоге в зоне действия электрического поля шириной d образуется слой, в котором основные носители заряда практически отсутствуют, – так называемый обедненный слой. Из-за высокого электрического сопротивления этот слой также называется запирающим.
|
|
|
Рисунок 3.31 – Симметричный p-n -переход в состоянии равновесия (при отсутствии внешнего напряжения)
На неосновные носители заряда электрическое поле оказывает обратное воздействие. Электроны р -области, оказавшиеся вблизи p-n -перехода, будут испытывать притягивающее усилие и перебросятся полем через границу раздела в n -область, где станут основными носителями. На дырки n -области поле действует аналогично и перебрасывает их в р -область. Это движение неосновных носителей заряда через p-n -переход под действием электрического поля потенциального барьера называется дрейфовым током p-n -перехода.
Таким образом, при отсутствии внешнего электрического поля между потоками основных и неосновных носителей заряда (между диффузионным и дрейфовым токами) устанавливается динамическое равновесие, а соответствующее состояние p-n -перехода называется равновесным.
