Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой — дырочную электропроводность.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

На практике р-n-переход получают введением в примесный полупроводник дополнительной легирующей примеси. Например,

при введении донор ной примеси в определенную часть полупроводника p-типа в нем образуется область полупроводника n-типа, граничащая с полупроводником p-типа.

Рассмотрим схематически образование p-n-перехода при соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводности (рис. 1.1). До соприкосновения в обоих полупроводниках электроны, дырки и неподвижные ионы были распределены равномерно (рис. 1.1, а).

При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой,

Рис. 1.2. Электронно-дырочный переход во внешнем электрическом поле:

a — к р-n-переходу приложено обратное напряжение, б — к р-n-переходу приложено прямое напряжение

лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением,— так называемый запирающий слой (рис. 1.1, б). Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) φ_к на границе полупроводников (рис. 1.1, в). Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее как переходу электронов из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. Однако при движении через p-n-переход неосновных носителей (так называемый дрейфовый ток I_др) происходит снижение контактной разности потенциалов φ_к, что позволяет некоторой части основных носителей, обладающих достаточной энергией, преодолеть потенциальный барьер, обусловленный контактной разностью потенциалов φ_к. Появляется диффузионный ток I_Диф, который направлен навстречу дрейфовому току I_др, т. е. возникает динамическое равновесие, при котором I_др = I_диф.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Е_ВН, совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов напряженностью Е_зап (рис. 1.2, а), то это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда (дырки и электроны).

При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал — он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называют обратным, а p-n-переход— закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения (рис. 1.2, б) внешнее электрическое поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении 0,3—0,5 В запирающий слой исчезает. Сопротивление р-n-перехода резко снижается, и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым, а переход — открытым. Сопротивление открытого р-n-перехода определяется только сопротивлением полупроводника.

На рис. 1.3 показана полная вольт-амперная характеристика

открытого и закрытого р-n-переходов. Как видно, эта характеристика является существенно нелинейной. На участке 1 E_вн<E_зап и прямой ток мал. На участке 2 Е_вн>Е_зап, запирающий слой отсутствует, ток определяется только сопротивлением полупроводника. На участке 3 запирающий слой препятствует движению основных носителей, небольшой ток определяется движением неосновных носителей заряда. Излом вольт-амперной характеристики в начале координат обусловлен различными масштабами тока и напряжения при прямом и обратном направлениях напряжения, приложенного к р-n-переходу. И наконец, на участке 4 происходит пробой р-n-перехода и обратный ток быстро возрастает. Это связано с тем, что при движении через р-n-переход под действием электрического поля неосновные носители заряда приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов полупроводника. В переходе начинается лавинообразное размножение носителей заряда — электронов и дырок, — что приводит к резкому увеличению обратного тока через р-n-переход при почти неизменном обратном напряжении. Этот вид электрического пробоя называют лавинным. Обычно он развивается в относительно широких р-n-переходах, которые образуются в слаболегированных полупроводниках.

В сильнолегированных полупроводниках ширина запирающего слоя меньше, что препятствует возникновению лавинного пробоя, так как движущиеся носители не приобретают энергии, достаточной для ударной ионизации. В то же время может возникать электрический пробой р-n-перехода, когда при достижении критической напряженности электрического поля в p-n-переходе за счет энергии поля появляются пары носителей электрон—дырка (эффект Зенера), и существенно возрастает обратный ток перехода.

Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающаяся в том, что первоначальные свойства р-n-перехода полностью восстанавливаются, если снизить напряжение на р-n-переходе. Благодаря этому электрический пробой используют в качестве рабочего режима в полупроводниковых диодах.

Если температура р-n-перехода возрастает в результате его нагрева обратным током и недостаточного теплоотвода, то усиливается

процесс генерации пар носителей заряда. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению обратного тока и нагреву р-n-перехода, что может вызвать разрушение перехода. Такой процесс называют тепловым пробоем. Тепловой пробой разрушает р-n-переход.

В сильнолегированных полупроводниковых (чаще всего на основе арсенида галлия) может возникать квантово-механический туннельный эффект, который состоит в том, что на участках 1 и 3 (рис. 1.3) при очень малой толщине запирающего слоя основные

носители заряда могут преодолевать запирающий слой без изменения энергии. Такие условия выполняются в определенном диапазоне напряжений, что приводит к возрастанию тока на участке 1 прямой ветви при U_пр≤О,4 В и на участке 3 обратной ветви. Дальнейшее повышение прямого напряжения приводит к ослаблению туннельного эффекта, и при U_пр>0,4 В он совсем пропадает. Таким образом, из-за туннельного эффекта повышается ток на прямой ветви вольт-амперной характеристики р-n-перехода (1 на рис. 1.3). При этом в диапазоне 0,2≤U_пр≤О,4 В дифференциальное сопротивление отрицательно и полностью пропадает участок 3 на обратной ветви характеристики р-n-перехода (рис. 1.3).

Закрытый р-n-переход обладает электрической емкостью, которая зависит от его площади и ширины, а также от диэлектрической проницаемости запирающего слоя. При увеличении обратного напряжения ширина р-n-перехода возрастает и емкость С р-n-перехода уменьшается. Зависимость емкости закрытого р-n-перехода от обратного напряжения показана на рис. 1.4. Свойства чистых и легированных полупроводников и характеристики р-n-перехода широко используют в двухэлектродных полупроводниковых приборах — полупроводниковых резисторах и диодах. В более сложных приборах — транзисторах и тиристорах — используют электрические характеристики, определяемые взаимодействием нескольких р-n-переходов.

§ 1.2. Классификация полупроводниковых приборов

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных

Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полу­проводников, один из которых имеет электронную, а другой — дырочную электро­проводность.

Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой — дырочную электропроводность.