Полупроводниковый p-n - переход в отсутствие внешних      напряжений

Полупроводниковая структура, сочетающая в себе два слоя, один из которых обладает дырочной (p­), а другой электронной (n) проводимостью называется электронно-дырочным переходом (p-n – переходом). Двухслойная p-n-структура создается введением в один из слоев монокристалла акцепторной примеси, а в другой – донорной примеси (рис. 2.2, а).

На границе раздела двух сред АВ в слое, толщиной l₀, возникает градиент концентрации основных носителей заряда p_p и n_n (рис. 2.2, б). Вследствие этого возникает ток диффузии J_диф: дырки из области p, где концентрация их велика (p_p), переходят в область n, где их концентрация мала (p_n), а электроны из области n, где концентрация их велика (n_n), переходят в область p, где их концентрация мала (n_p) (рис. 2.2, в).

В области n дырки рекомбинируют с электронами, образуя вблизи границы объемный положительный заряд, а в области p электроны рекомбинируют с дырками, образуя вблизи границы объемный отрицательный заряд (рис. 2.2, а, г). Ввиду наличия объемного заряда в p-n-переходе создаются электрическое поле Е (рис. 2.2, д) и разность потенциалов φ₀ (рис. 2.2, е). Возникающие поле и разность потенциалов препятствуют увеличению тока диффузии, так как для основных носителей заряда они являются тормозящими. Однако для неосновных носителей заряда возникающее поле и разность потенциалов являются ускоряющими. Поэтому неосновные носители заряда n_p из области p движутся в область n, а неосновные носители заряда p_n из области n движутся в область p, создавая ток дрейфа J_др (рис. 2.2, в).

В установившемся режиме при отсутствии внешних потенциалов ток диффузии и ток дрейфа равны и противоположны по знаку и кристалл полупроводника остается электрически нейтральным. Равенство составляющих тока J_диф=J_др создается установлением соответствующей величины потенциального барьера φ₀ в p-n-переходе. Величина потенциального барьера φ₀ зависит от соотношения концентраций носителей заряда одного знака по обе стороны перехода и определяется соотношением

j₀ = φ_т ln (p_p/p_n) = φ_т ln (n_n/n_p),

где φ_т – тепловой потенциал.

При комнатной температуре для германия φ₀ = (0,3 – 0,6) В, а для кремния φ₀ = (0,6 – 0,8) В. Различие в значениях φ₀ объясняется большей величиной ∆W у кремния и, следовательно, меньшей концентрацией неосновных носителей заряда (при одинаковой температуре и одинаковых концентрациях внесенных примесей).

Прямое смещение p-n-перехода

Подключение к p-n-структуре внешнего напряжения (напряжения смещения) приводит к изменению условий переноса заряда через p-n-переход. Существенную роль при этом играет полярность внешнего напряжения, прикладывемого к p-n-переходу. Рассмотрим случай, когда внешнее напряжение U_a подключено в прямом направлении, т.е. плюсом к p-области, а минусом – к n-области (рис. 2.3, а). При таком подключении источника создаваемое им электрическое поле направлено противоположно внутреннему полю в переходе, что приводит к уменьшению результирующего поля в p-n-переходе. Объемному заряду в p-n-переходе будет отвечать напряжение φ₀ – U_a, меньшее, чем в отсутствие внешнего источника. Величина φ₀ – U_a определяет величину потенциального барьера в p-n-переходе при включении внешнего источника в прямом направлении (рис. 2.3, б).

Уменьшение потенциального барьера облегчает переход основных носителей заряда под действием диффузии через границу раздела, что приводит к увеличению диффузионного тока (рис. 2.3, в).

С повышением приложенного внешнего напряжения диффузионный ток увеличивается, так как уменьшившийся потенциальный барьер способны преодолеть основные носители заряда, обладающие меньшей энергией. В связи с этим возрастает прямой ток через переход. Примерный вид прямой ветви вольт-амперной характеристики p-n-перехода показан на рис. 2.3, г. Ток I_a равен произведению плотности тока J_a через p-n-переход на площадь его сечения S.

 

 

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1006; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!