Физические явления в полупроводниках (р-п переходы)

Работа ППП основывается на свойствах электрических полупроводниковых материалов, таких, например, как : германий - Ge, кремний - Si или арсенид галия - GaAs.

-2 10

Удельное сопротивление электротоку в проводниках 10 Ом*см,<=p<=10 Ом*см.

У Ge - p=60 Ом*см, у Si - 60000 Ом*см, а у GaAs - 40000000 Ом*см.

Сопротивление (проводимость) сильно зависит от температуры : (с ­ тепературы проводимость ­, т. е. p ¯, » на 5%). Причем проводимость сильно зависит также и от примесей (при добавлении примесей проводимость может увеличиваться в десятки раз.

Различают собственную и примерную электропроводность.

 

Собственная электропроводность. Если увеличивается температура или к ПП прикладывается напряжение (при этом внутри ПП создается внутренее электрическое поле!), то некоторые электроны “вырываются на свободу” (становятся свободными), а в валентных парах образуются “дырки” (свободные незамещенные места), которые за счет этого приобретают положительный заряд. Заряд свободных электронов при этом естественно отрицательный.

Таким образом. в ПП образуются свободные носители зарядов : основные - электроны и несновные - дырки. Это характерно для электронной проводимости “n” типа.

 

Примесная электропроводность. Если с помощью примесей (например, Al или Br - бора) создать избыток “дырок”, то они будут являтся основными носителями зарядов, а электроны соответственно - неосновными. В этом случае говорят, что ПП имеет “дырочную” проводимость “p” типа

 

Образование тока. Если к ПП приложено внешнее напряжение, то электроны притягиваются к положительному полюсу, а дырки к отрицательному. За счет этого и образуется ток в ПП.

 

Электронно - дырочный переход (p - n). Если в одном кристалле ПП в одной половине создать область с проводимостью типа “p” , а в другой - “n” ,то на границе раздела этих областей образуется “электронно - дырочный переход” (p - n).

 

 

 

Рис. 3.2. Образование p - n перехода.

 

 

Uк - контактная разность потенциалов, препятствует перемещению носителей через переход. Т.о. образовывается барьер. переход в этом случае имеет повышенное сопротивление и определенную барьерную емкость, зависящую от площади и толщины p - n перехода, т.е. в зоне перехода нет избытка носителей (ни электронов ни дырок). Если к p - n переходу приложить внешнее “прямое” напряжение Uпр, то образуется внешнее электрическое поле с напряжением Eнаправленное навстречу E3 и ослабляющее последнее. За счет этого образуется прямой ток в ПП через переход Iпр. При этом говорят, что переход смещен в прямом направлении.

Если к p - n переходу будет приложено напряжение Uобр,то ток за счет основных носителей будет равен 0. Под действием Uобр переход расширяется, барьер увеличивается. Через переход проходит только обратный (тепловой) ток. При этом говорят, что переход смещен только в обратном направлении.

 

 

При некотором значении Uобр возникает электрический пробой и обратный ток через переход начинает резко возрастать. Это возникает за счет того, что сильное внешнее электрическое поле начинает вырывать электроны из атомов.

Если не принять мер, то в ходе этого процесса происходит нагревание ПП и развивается уже необратимый тепловой пробой. Т.о. электрический пробой обратим, а тепловой - необратим!

 

Вольт - амперная характеристика приведена на рис.3.3.

 

 

 

где Io - обратный ток насыщения;

- 19

g - заряд электрона = 1,6 × 10 Кл;

-23

K - постоянная Больцмана = 1,38 × 10 Дж / ^оС;

Uд - приложенное напряжение со своим знаком;

Т - температура в градусах Кельвина.

 

Рис.3.3