Тема 1.2 Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу

р-п - переходом називається вузька зона на межі між шарами НП р- і п-типу, яка зображено на рис. 1.7. Фізичні процеси, що відбуваються у р-п переході, визначають параметри та характеристики більшості НП приладів.

У напівпровідниках діють дрейфовий і_др і дифузійний струми і_диф.

Дифузійний і_диф  зумовлений рухом основних носіїв зарядів (внаслідок про­тікання і_диф відбувається рекомбінація рухомих основних носіїв зарядів), тобто причиною появи і_диф є різниця концентрації носіїв.

Дрейфовий струм і_др зумовлений рухом неосновних носіїв зарядів Причиною появи дрейфового струму і_др (струм провідності) є різниця потенціалів між двома НП.

У сталому становищі

і_диф + і_др = 0.                                                                                                       (1)

Ця рівновага настає за певної контактної різниці потенціалів, що визначаєть­ся величиною об'ємного заряду і називається потенціальним бар'єром φ_к.

Величина φ_к  залежить від матеріалу НП і його температури. Для германію φ_к = (0,4 - 0,6) В, для кремнію φ_к = (0,6 - 0,8) В.

Зона об'ємного заряду - це й є електронно-дірковий перехід (р-п перехід). Ширина його, позначена як L , вимірюється десятками мікронів. Оскільки у р-п переході відсутні рухомі носії зарядів (він заповнений нерухомими іонами), то його електричний опір дуже великий.

Можливе пряме (рис.1.8) або зворотне (рис.1.9) вмикання р- n переходу.

   

При зворотному вмиканні до р-п переходу при­кладається зовнішня напруга U_зн , до його внутрішнього елек­тричного поля додається зовнішнє елек­тричне поле з напруженістю Е_зн. У ре­зультаті поле в р-п переході зростає і дорівнює

 Е_рез = Е_вн + Е_зн                                                                                                                                                                  (2)

Оскільки електричний опір р-n - переходу дуже великий, практично вся напруга U_зн прикладається до нього.

Отже, різниця потенціалів на переході становить

φ_рез = φ_к + U _зн                                                                                                              (3)

де φ_рез - результуюча різниця потенціалів.

Запірні властивості переходу при цьому зростають і дифузійна скла­дова струму і_диф зменшується, а дрейфова і_др не змінюється (бо зале­жить лише від ступеня нагріву речовини) і через перехід протікає зво­ротний струм

і_зв ⁼ і_др - і_диф                                                                                                           (4)

Оскільки і_диф → 0, то зворотний струм визначається концентрацією неосновних носіїв зарядів і є незначним за величиною.

При прямому вмиканні за зазначеною полярністю зовнішньої напруги зовнішнє електрич­не поле спрямоване назустріч внутріш­ньому і результуюча напруженість зменшується

Е_рез = Е_вн -Е_зн                                                                                                                                                                      (5)

При цьому і_диф зростає, а і_др зменшується.

Різниця потенціалів становить

φ_рез = φ_к - U _зн                                                                                                          (6)

У цьому випадку через перехід тече прямий струм

і_пр ⁼ і_диф - і_др

Він обумовлюється дифузійною складовою струму, тобто залежить від концентрації основних рухомих носіїв зарядів і є великим за вели­чиною.

Таким чином, р-п - перехід має вентильні властивості (від німецького слова ventil - клапан), тобто при прямому вмиканні його опір малий, а при зворотному - великий.

Оскільки  р-п - перехід має нелінійні властивості, то залежність струму, що протікає через нього, від прикла­деної напруги ілюструють за допомогою вольт-амперної характеристики (ВАХ) (рис.1.10).

Вона має пря­му (1) та зворотну (2,3) гілки.   

р-п перехід - це явище, що виникає на межі двох НП різного типу провідності і характеризується відсутністю у прилеглій до цієї межі зоні вільних носіїв заряду, через що її опір нескінченний. Тому р-п пере­хід ще називають запірним шаром.

Властивості р-п переходу, які (в основному) використовуються при побудові електронних НП приладів:

1) одностороння провідність (вентильні властивості);

2) дуже великий опір зони р-п переходу як зони, де немає вільних носіїв заряду (запірні властивості);

3) зміна ширини р-п переходу із зміною величини зворотної напру­ги (як результат - зміна ємності р-п переходу);

4) стабільність напруги на р-п переході в режимі електричного пробою;

5) наявність неосновних носіїв (що виникають внаслідок теплової генерації) в шарах р- і n-типу.                           

 

Запитання до самоперевірки

1 Назвіть основні специфічні особливості напівпровідника.

2 На які властивості НП впливає ширина забороненої зони?

3 Що таке дірка? У чому полягає відмінність дірки і іонізованого атома?

4 Який провідник називають домішковим? Знайдіть правильну відповідь:

- суміш декількох різних напівпровідників;

- механічна суміш частинок металу і діелектрика;

- суміш кремнію і германію;

- напівпровідник, що містить в невеликій концентрації домішку з валентністю, відмінною від валентності основної речовини.

5 Від чого залежить електропровідність домішкових НП? Знайдіть правильну відповідь:

- від концентрації домішок;

- від полярності прикладеної напруги;

- від напрямку протікаючого струму.

6 Що таке основні і неосновні носії заряду? Як зв'язані між собою їх рівноважні концентрації?

7 Що таке власна провідність НП? Чи може домішковий НП володіти власною провідністю?

8 Які струми протікають в напівпровіднику?

9 Що таке дрейф носіїв в НП?

10 Що таке дифузія носіїв в НП?

11 Приведіть приклади напівпровідникових матеріалів, які використовуються для виготовлення НП приладів.

12 Дайте визначення p - n – переходу.

13 Чому p - n – перехід часто називають запірним шаром?

14 Яке з приведених затверджень правильне:

- електронний – дірковий перехід – це шар, збагачений носіями заряду;

- електронний – дірковий перехід – це шар, збіднений носіями заряду.

15 Чим обумовлений дифузійний струм через p- n – перехід?

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: