рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Физика
- /
- Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
Реферат Курсовая Конспект
Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия - раздел Физика, ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Принцип Действия Большинства Полупроводниковых Приборов Основан На Физических...
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на физических явлениях, происходящих в области контакта твердых тел. При этом преимущественно используются контакты: полупроводник-полупроводник; металл-полупроводник; металл-диэлектрик-полупроводник.
Если переход создается между полупроводниками n-типа и p-типа, то его называют электронно-дырочным или p-n переходом.
Электронно-дырочный переход создается в одном кристалле полупроводника с использованием сложных и разнообразных технологических операций.
Рассмотрим p-n переход, в котором концентрации доноров Nд и акцепторов Na изменяются скачком на границе раздела (рис. 1.7, а). Такой p-n переход называют резким. Равновесная концентрация дырок в p-области (
) значительно превышает их концентрацию в n-области (
). Аналогично для электронов выполняется условие > 
. Неравномерное распределение концентраций одноименных носителей зарядов в кристалле (рис. 1.7, б) приводит к возникновению диффузии электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Такое движение зарядов создает диффузионный ток электронов и дырок. С учетом выражений (1.13) и (1.14) плотность полного диффузионного тока, проходящего через границу раздела, определится суммой
.
Электроны и дырки, переходя через контакт навстречу друг другу (благо- даря диффузии), рекомбинируют и в приконтактной области дырочного полу- проводника образуется нескомпенсированный заряд отрицательных ионов акцепторных примесей, а в электронном полупроводнике нескомпенсирован -ный заряд положительных донорных ионов (рис. 1.6, в). Таким образом, электронный полупроводник заряжается положительно, а дырочный - отрицательно. Между областями с различными типами электропроводности возникает собственное электрическое поле напряженностью Eсоб (рис. 1.7, а), созданное двумя слоями объемных зарядов.
Этому полю соответствует разность потенциалов Uк между n- и p-областями, называемая контактной (рис. 1.7, г). За пределами области объемного заряда полупроводниковые области n- и р-типа остаются электрически нейтральными.
Собственное электрическое поле является тормозящим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Электроны p-области и 
Рисунок 1.7 Равновесное состояние p-n перехода.
дырки n-области, совершая тепловое движение, попадают в пределы диффузионного электрического поля, увлекаются им и перебрасываются в противоположные области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости.
Выведение носителей заряда из области полупроводника, где они являются неосновными, через электронно-дырочный переход ускоряющим электрическим полем называют экстракцией носителей заряда.
Используя выражение (1.12) и учитывая, что Е = -dU/dx, определяем плотность полного дрейфового тока через границу раздела p- и n-областей:
.
Так как через изолированный полупроводник ток проходить не должен, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие:
. (1.15)
Приконтактную область, где имеется собственное электрическое поле, называют p-n переходом.
Поскольку потенциальная энергия электрона и потенциал связаны соотношением W = -qU, образование нескомпенсированных объемных зарядов вызывает понижение энергетических уровней n-области и повышение энергетических уровней р-области. Смещение энергетических диаграмм прекратится, когда уровни Ферми W фn и W фp совпадут (рис. 1.7, д). При этом на границе раздела (x = 0) уровень Ферми проходит через середину запрещенной зоны. Это означает, что в плоскости сечения x = 0 полупроводник характеризуется собственной электропроводностью и обладает по сравнению с остальным объемом повышенным сопротивлением. В связи с этим его называют запирающим слоем или областью объемного заряда.
Совпадение уровней Ферми n- и p-областей соответствует установлению динамического равновесия между областями и возникновению между ними потенциального барьера Uk для диффузионного перемещения через p-n переход электронов n-области и дырок p-области.
Из рис. 1.7, д следует, что потенциальный барьер
.
Подстановка в это выражение результатов логарифмирования соотношений (1.4), (1.7) позволяет получить следующее равенство:
.
Если обозначить jт = kT/q и учесть уравнение (1.10), то можно записать:
; (1.16) 
. (1.17)
Из уравнений (1.16) и (1.17) следует:
; 
. (1.18)
При комнатной температуре (Т = 300 К) jт » 0,026 В.
Таким образом, контактная разность потенциалов зависит от отношения концентраций носителей зарядов одного знака в р- и n-областях полупроводника.
Другим важным параметром p-n перехода является его ширина, обозначаемая d = dp + dn.
Ширину запирающего слоя d можно найти, решив уравнения Пуассона для n-области и p-области:
; (1.19) 
. (1.20)
Решения уравнений (1.19) и (1.20) при граничных условиях
; 
; 
имеют вид:
для -dp < x < 0;
для 0 < x <dn; (1.21)
В точке x = 0 оба решения должны давать одинаковые значения j и 
. Приравняв 
и 
, можно записать:
. (1.22)
Из равенства (1.22) видно, что ширина слоев объемных зарядов в n- и p-областях обратно пропорциональна концентрациям примесей и в несимметричном переходе запирающий слой расширяется в область с меньшей концентрацией примесей.
На основании равенства (1.22) можно записать:
; 
, (1.23)
где d = dn + dр.
Приравнивая правые части уравнений (1.21) и учитывая соотношения (1.23), при x = 0 получаем
.
На основании этого выражения формулу для определения ширины запирающего слоя p-n перехода можно записать в следующем виде:
. (1.24)
Из соотношения (1.24) видно, что на ширину запирающего слоя существенное влияние оказывает концентрация примесных атомов. Увеличение концентрации примесных атомов сужает запирающий слой, а уменьшение расширяет его. Это часто используется для придания полупроводниковым приборам требуемых свойств.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
На сайте allrefs.net читайте: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.022 сек.
Новости и инфо для студентов