Энергетическая диаграмма полупроводников

 

           

 

           

       W_F – уровень Ферми – условная граница, где в среднем находятся электроны.

 

Токи в полупроводниках

 

       Дрейфовый ток I_др возникает под действием электрического поля.

 

 

       Диффузионный ток I_диф возникает из-за разности концентраций электронов и дырок между двумя точками.

 

        

           

 

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения

 

       Электронно-дырочный переход (p-n переход) – это контакт на границе между акцепторным (p-типа) и донорным (n-типа) полупроводниками.

 

 

       При контакте акцепторного и донорного полупроводников дырки и электроны притягиваются друг к другу. Возникает диффузионный ток I_диф.

 

       На границе электроны и дырки рекомбинируют и возникает слой с высоким сопротивлением – запирающий слой (ОПЗ).

 

       ОПЗ (область пространственных зарядов, запирающий слой) – это слой на границе p-n перехода, обладающий высоким сопротивлением.

 

       Внутреннее электрическое поле E_внутр ускоряет неосновные (тепловые) электроны и дырки n_i и p_i. За счёт них создаётся дрейфовый ток I_др.

 

       Общий ток I_S в p-n переходе при отсутствии внешнего напряжения равен нулю.

 

I_S = I_диф – I_др = 0

 

Прямое включение p- n перехода

 

 

       При прямом включении внешнее электрическое поле E_внеш противонаправлено внутреннему E_внутр и ослабляет его.

 

       ОПЗ уменьшается или исчезает. Сопротивление становится мало. Через p-n переход протекает большой диффузионный ток.

Обратное включение p- n перехода

 

 

       Внешнее электрическое поле E_внеш сонаправлено с внутренним E_внутр и усиливает его. ОПЗ увеличивается. Сопротивление p-n перехода становится значительно больше. Через p-n переход протекает лишь небольшой дрейфовый ток.

 

       Основное свойство p-n перехода: одностороння проводимость. Он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо – в обратном.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода

 

 

 

       Прямое включение:

 

       Участок 1 – Нелинейная часть ВАХ. ОПЗ есть, но узка. Ток мал.

       Участок 2 – ОПЗ исчезает. Ток прямо пропорционален напряжению.

 

       Обратное включение:

 

       Участок 3 – ОПЗ велика. Ток близок к нулю.

       Участок 4 – Лавинный пробой.

       Участок 5 – Тепловой пробой.

 

Лавинный пробой

 

       Лавинный пробой возникает в обратном включении.

Из-за большого напряжения число электронов в полупроводнике становится настолько большим, что они начинают выбивать другие электроны, те – третьи и т. д. Количество электронов увеличивается лавинообразно. Значительно растёт ток.

       Лавинный пробой обратим. Если уменьшить напряжение при лавинном пробое, он прекратится.       Если же наоборот увеличить – лавинный пробой перейдёт в тепловой.

 

Тепловой пробой

 

       Тепловой пробой возникает как в прямом, так и в обратном включении.

       Из-за большого напряжения, сильно растёт ток. Число свободных электронов становится настолько большим, что кристаллическая решётка нагревается и разрушается.

       Тепловой пробой необратим. Даже если уменьшить напряжение, кристаллическая решётка будет разрушена, а ток останется высоким.

Туннельный пробой

 

       Туннельный пробой обычно возникает в обратном включении, но в вырожденных полупроводниках может возникнуть и в прямом.

       В вырожденных полупроводниках, где концентрация примесей критически высока, ОПЗ получается очень узкой, а внутреннее электрическое поле очень высоким, поэтому в них валентные электроны могут отрываться от атомов сильным электрическим полем и перемещаться через узкую ОПЗ без изменения своей энергии.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: