Понятие об электронно-дырочном переходе, типы переходов, токи в p-n-переходе

Электрическим переходом называют переходной слой между областями твердого тела с различными типами электропроводимости (n - полупроводник, p - полупроводник, метала, диэлектрик) или областей с одинаковым типом электропроводности, но с различными значениями удельной проводимости.

Чаще всего используется электрический переход между полупроводниками n и p типа называемый электронно-дырочным переходом или p-n - переходом. Структура идеального p-n - перехода.

Рисунок 5.9 - структура p - n - перехода.

На рисунке 5.9 показано распределение концентрации примесей (Na - акцептор, Nд - донорная).

Удельные Na и Nд не зависят от координаты, поэтому из-за скачкообразного перехода в сечении X0, переход называется резким и симметричным.

Если Na >> Nд, то переход считается резким и несимметричным.

Образование

p

-

n

- переходов.

В исходном состояние (до контакта) p и n - полупроводники электрически нейтральны, так как заряд основных носителей в каждом полупроводнике компенсировался зарядов ионов примесей и не основных носителей.

Концентрация основных и не основных носителей в p - области

pp»Na и np=ni2/Na,

а в n - области

nn » Nд и pn=ni2/Nд.

Поэтому при контакте появляется градиент концентрации дырок pp и nn, а значит, произойдет диффузия дырок из приконтактного слоя p в область n, а электронов из n области в p область.

Уход основных носителей приводит к нарушению электрической нейтральности в приконтактных областях в близи плоскости X0: в p области окажется нескомпенсированный отрицательный заряд неподвижных акцепторных ионов, а в n области нескомпенсированный положительный заряд донорных ионов.

Рисунок 5.10 - Условное изображение p - n - перехода

Носители, перешедшие в другую область, должны рекомбинировать с основными носителями этой области. Уменьшение основных носителей при рекомбинации приводит к нарушению электрической нейтральности и увеличению нескомпенсированных зарядов ионов слева и справа от плоского контакта.

Вывод:

вблизи контакта образуется двойной электрический слой, т.е. создается электрическое поле с напряженностью поля Е.

Образовавшиеся поле является тормозящим (создается потенциальный барьер) для диффундирующих через контакт основных носителей каждой области. Но по мере увеличения потенциального барьера, его могут преодолеть только те основные носители, которые имеют достаточную энергию больше, чем высота барьера.

Для неосновных носителей поле будет ускоряющим, а поэтому появится ток дрейфа: электронов из p - области, а дырок из n - области в p - область.

С ростом Е ток диффузии уменьшается, а рост дрейфового тока увеличивается, но при определенном значении Е наступает равновесие. Это равновесное значение встречных потоков соответствует определенной разности потенциалов, которую называют контактной разностью потенциала или диффузионным потенциалом.

В близи плоскости контакта образовалась переходная область, обедненная подвижными носителями заряда, которую назвали p - n - переходом или обедненным слоем.

Так как области до образования контакта были электрически нейтральными, то вся структура после контакта осталась нейтральной. Нейтральным является и обедненный слой, так как заряды êQa ê=Qд

Так как обедненный слой располагается в разных областях, но протяженность слоя в областях обратно пропорциональна концентрации примесей. Если Na>>Nд, то обедненный слой располагается в основном в области с меньшей концентрации примеси, обычно называемый базовой областью (это в данном случае N область). Область с большей концентрацией называют эмиттером.

Энергетическая диаграмма p - n - перехода указана на рисунке 5.3.

Рисунок 5.11 - Энергетическая диаграмма p - n - перехода.

Уровень Ферми WF не зависит от координаты X0, он находится в близи зон проводимости и валентной.

Излом этих границ на значение rEk=ejk характеризует контактную разность потенциалов, которая является потенциальным барьером только для основных носителей обеих областей. Например, электрон 1, подошедший к границе обедненного слоя, не может перейти из n в p - область, так как его энергия не достаточна для преодоления барьера. А электрон 2 может преодолеть барьер. Аналогично будет и для дырок - основных носителей. Для неосновных носителей поле будет ускоряющим.

Контактную разность потенциалов можно определить:

Uk p - n=kT/e * ln *pp/pn=kT/e*ln*NaNд/ni2=jт*ln*NaNд/ni2,

где kT/e - температурный потенциал, обозначается jт.

Uk p - n зависит:

1) от ширины запретной зоны ПП, при одинаковых концентрациях она больше у ПП с большей шириной;

Интересное из раздела

Определение структуры системы обнаружения объекта охраны
В настоящее время все больше людей приходит к выводу, что усилий только государственных правоохранительных органов для решения такой проблемы, как охрана ...

Расчет токовой защиты нулевой последовательности
Задание и исходные данные Произвести расчет дистанционной защиты линии и начертить карту селективности дистанционных защит. Исходные данные: ...

Проект кабельной линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги Красноярск – Саянская – Абакан
Главная задача, поставленная перед железнодорожным транспортом, обеспечение всевозрастающей потребности народного хозяйства в перевозках, повышение скоросте ...