 |
Равновесное состояние р-n-перехода
|
|
|
|
ЗАНЯТИЕ 3
По курсу
«ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ»
специальности 210201
«Проектирование и технология радиоэлектронных средств»
ТЕМА:
Контактные явления
1. Контакт электронного и дырочного полупроводников............. 40
2. Равновесное состояние p – n – перехода..................................... 42
3. Зонная диаграмма p – n – перехода при наложении внешнего поля 45
4. ВАХ тонкого p – n – перехода.................................................... 47
Контакт электронного и дырочного полупроводников
Соответствующим введением примесей в полупроводник можно создать такое их распределение, что одна часть кристалла будет полупроводником n-типа, а другая - полупроводником р-типа.
Электронно-дырочным переходом (р-n-переходом) называют слой полупроводника, располагающийся по обе стороны от границы раздела р и n-областей.
Электроно-дырочный или p – n переход является основой для большинства электронных приборов.
В зависимости от характера распределения примесей, различают резкий и плавный р-n-переходы.
В резком р-n-переходе концентрация акцепторов и доноров изменяется скачкообразно на границе р- и n-областей (рис. 4.1, кривая 1).
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.1 Условное представление p-n перехода
В плавном переходе концентрация акцепторов и доноров является линейной функцией расстояния (рис. 4.1, кривая 2).
Поскольку на границе раздела р- и n-областей имеется градиент концентрации свободных носителей заряда, то будет происходить процесс диффузии электронов в р-область и дырок в n-область.
Это направленное навстречу друг другу перемещение электрических зарядов образует диффузионный ток p-n перехода.
|
|
|
Рис 4.2. Начальный момент образования p-n перехода
Это приводит к обеднению основными носителями заряда приграничных слоев и к возникновению объемных зарядов противоположного знака.
|
Рис. 4.3. p-n -переход при отсутствии внешнего напряжения
В р- полупроводнике в приграничном слое падает концентрация дырок, а в n-полупроводнике концентрация электронов, т.е
Создаются обедненные слои
Толщины слоев обратно пропорциональны концентрациям примесей в областях полупроводника.
Однако, при любых соотношениях концентрации примесей в областях полупроводника, сумма объемных зарядов в р- и n-областях равна нулю, т.е. площади под кривыми r(x) равны между собой.
Рис. 4.4. p-n -переход при отсутствии внешнего напряжения
Считают, что концентрация равновесных основных носителей заряда в полупроводнике вне р-n-перехода равна концентрации примесей, т.е. примеси полностью ионизованы. Тогда равновесная концентрация электронов nno в нейтральной части n - полупроводника равна ND, а равновесная концентрация дырок ppo, в нейтральной части р-области равна NA.
nno=ND, ppo=NA. (4.1) (4.1.1)
Для равновесных концентраций всегда справедлив закон действующих масс, поэтому произведение концентраций основных и неосновных носителей заряда в обеих частях р-n-перехода всюду одинаково и равно 
:
(4.2) (4.1.2)
| ||||||
|
| |||||
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 4.5 изображены зависимости концентраций основных и неосновных носителей заряда.
После диффузии электронов из n- области остаются нескомпенсированные ионизированные доноры (положительные неподвижные заряды)
После диффузии дырок из p- области остаются нескомпенсированные ионизированные акцепторы (отрицательные неподвижные заряды)
|
|
|
Равновесное состояние р-n-перехода
ТАКИМ ОБРАЗОМ
Нескомпенсированные заряды ионов примесей вызывают появление электрического поля направленного от положительного заряда к отрицательному, т.е. из слоя n в слой р. См рис 4.4.
Иногда возникающее электрическое поле называют «поле потенциального барьера» или «диффузионное поле».
Это поле будет препятствовать дальнейшей диффузии основных носителей заряда и способствовать перемещению неосновных носителей заряда.
|
|
|
