1.4 Різновиди електричних переходів

1.4.1 Гетероперехіди

Гетероперехід утворюється двома напівпровідниками, що розрізняються шириною забороненої зони. Параметри кристалічних решіток напівпровідників, що становлять гетероперехід, повинні бути близькі, що обмежує вибір матеріалів. В даний час найбільш дослідженими є пари: германій-арсенід галію, арсенід галлия-мышьяковидный індій, германій-кремній. Розрізняють n-p і p-n гетероперехіди (на перше місце ставиться буква, що позначає тип електропровідності напівпровідника з вужчою забороненою зоною). На основі гетероперехідів можливо також створення структур n-n і p-p.

Рисунок 1.16 Спрощена енергетична діаграма p-n гетероперехіда в рівноважному стані.

На рисунку 1.16 приведена спрощена енергетична діаграма n-p переходу між арсенідом галію р-типу (WP = 1,5 эВ) і германієм n-типу (Wn = 0,67 эВ) в стані рівноваги (U = 0). При контакті напівпровідників відбувається перерозподіл носіїв зарядів, що приводить до вирівнювання рівнів Фермі p- і n-областей і виникненню енергетичного бар'єру для електронів n-області qUkn і. для дірок p-області qUкp, причому Uкn > Uкp.

Рисунок 1.17 Спрощена енергетична діаграма p-n гетероперехіда, включеного в прямому стані.

В стані рівноваги струм через n-p перехід рівний нулю. Оскільки потенційні бар'єри для дірок і електронів різні, при додатку до гетероперехіда прямої напруги зсуву він забезпечить ефективну інжекцію дірок з напівпровідника з більшою шириною забороненої зони (рис. 1.17).

1.4.2 Контакт між напівпровідниками одного типу електропровідності

Контакт напівпровідників з одним типом електропровідності, але з різною концентрацією домішок позначають р+-р або п+-п (знаком "плюс" наголошується напівпровідник з більшою концентрацією домішок). У таких контактах носії з області з більшою концентрацією домішки переходять в область з меншою концентрацією. При цьому в області з підвищеною концентрацією порушується компенсація зарядів іонізованих атомів домішки, а в іншій області створюється надлишок основних носіїв зарядів. Утворення цих зарядів приводить до появи на переході власного електричного поля і контактної різниці потенціалів, визначуваної наступними співвідношеннями: для p⁺-р переходу

;

для n⁺-n переходу .

У цих переходах не утворюється шар з малою концентрацією носіїв зарядів, і їх опір визначається в основному опором низькоомної області. Тому при проходженні струму безпосередньо на контакті падає невелика напруга і випрямні властивості цих переходів не виявляються. У p⁺-p і n⁺-n- переходах відсутня інжекція неосновних носіїв з низькоомної області у високоомну. Якщо, наприклад, до переходу n⁺-n підключене джерело струму плюсом до n-області, а мінусом до n⁺-области, то з n+-области у n-область переходитимуть електрони, що є в ній основними носіями зарядів. При зміні полярності зовнішньої напруги з n+-области у n-область повинні инжектироваться дірки, проте їх концентрація мала, і цього явища не відбувається. Переходи типу p⁺-p і n⁺-n виникають при виготовленні омічних контактів до напівпровідників.

Рисунок 1.18 Енергетична діаграма p-i переходу.

Проміжне положення між p⁺-p- або n⁺-n- і p-n переходом займають p-i і n-i переходи. Такі переходи утворюються між двома пластинами, одна з яких має електронну або діркову електропровідність, а інша - власну.

На рис 1.18 показані енергетична діаграма і зміна концентрацій на межі двох напівпровідників з p- і i-областями. Унаслідок різниці концентрацій носіїв зарядів в p- і i-областях відбувається інжекція дірок з p-області в i-область і електронів з i-області в p-область. Унаслідок малої величини інжекційної складової електронного струму потенційний бар'єр на межі переходу створюється нерухомими негативними іонами акцепторів р-області і надмірними дірками i-області, дифундуючими в неї з p-області. Оскільки >> , глибина розповсюдження замикаючого шару в i-області значно більше, чим в р-області.