34. Электрическим переходом в полупроводнике называется граничный слой между двумя областями, физические характеристики которых имеют существенные физические различия.
Различают следующие виды электрических переходов:
электронно-дырочный или p-n-переход – переход между двумя областями полупроводника, имеющие разный тип электропроводности;
переходы между двумя областями, если одна из них является металлом, а другая полупроводником p- или n-типа (переход металл – полупроводник);
переходы между двумя областями с одним типом электропроводности, отличающиеся значением концентрации примесей;
переходы между двумя полупроводниковыми материалами с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы).
При отсутствии внешнего электрического поля устанавливается динамическое равновесие между потоками основных и неосновных носителей электрических зарядов, то есть между диффузионной и дрейфовой составляющими тока p-n-перехода, поскольку эти составляющие направлены навстречу друг другу.
35. Электрические переходы между металлом и полупроводником.
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ - неравновесные электронные явления, возникающие при прохождении электрич. тока через контакт полупроводника с металлом или электролитом или через контакт двух различных полупроводников (гетеропереход)либо через границу двух областей одного и того же полупроводника с разным типом носителей заряда (см. р - п-переход)и разной их концентрацией.
Приведение в контакт двух разл. материалов сопровождается перетеканием носителей (для определённости электронов) из одного в другой и образованием контактной разности потенциалов VK. Напряжённость поля контактной разности потенциалов плавно убывает в глубь полупроводника, вызывая приконтактный изгиб краёв энергетич. зон (валентной зоны и зоны проводимости). Направление изгиба и его величина зависят от знака и величины VK, определяемой разностью работ выхода, а также от знака и концентрации локализованных на поверхности раздела зарядов (адсорбированные ионы, заряженные поверхностные дефекты и др., см. ниже).
Выпрямляющие контакты. На контакте металла с электронным полупроводником изгиб зон вверх означает, что приконтактный слой полупроводника имеет дефицит электронов и, следовательно, пониженную проводимость (обеднённый слой ,запорный слой, слой IIIоттки). При достаточно сильном обеднении электрич. сопротивление этого слоя доминирует над сопротивлением нейтрального объёма полупроводника, так что последним можно пренебречь. Величина сопротивления слоя сильно зависит от напряжения, приложенного к нему. Это приводит к большой нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) слоя и, в частности, к её сильной асимметрии относительно знака приложенного напряжения: сопротивление на обратной ветви ВАХ на много порядков величины превышает сопротивление на прямой ветви (эффект выпрямления). Прямая ветвь ВАХ соответствует такому внеш. напряжению, когда его поле уменьшает поле контактной разности потенциалов и сужает слой. Обратная ветвь ВАХ отвечает сложению полей внеш. источника и VK (отрицат. потенциал на металле). При этом обеднённый слой расширяется с ростом внеш. напряжения. Нелинейность ВАХ и эффект выпрямления тока на контакте металл-полупроводник используются в диодах Шоттки.
Омические контакты. При изгибе зон вниз приконтактный слой имеет избыток электронов (антизапорный слой ,обогащённый слой). Ввиду повышенной проводимости он не вносит заметный вклад в сопротивление длинного образца. Поэтому контакты с обогащённым слоем могут служить омич. контактами в полупроводниковых приборах.
При больших плотностях тока омич. поведение контактов нарушается из-за монополярной инжекции электронов, напр., из металла в полупроводник (см. Инжекция носителей заряда в полупроводниках). Инжекция становится заметной, если плотность тока
где n - концентрация электронов основных носителей заряда в полупроводнике, D - их коэф. диффузии, RD - дебаевский радиус экранирования, е - элементарный заряд. С ростом тока проводимость полупроводника всё более определяется инжектированными электронами, рост концентрации к-рых ограничивается их объёмным зарядом (токи, ограниченные пространств. зарядом). В результате проводимость образца становится существенно нелинейной. Электрич. сопротивление омич. контакта с обогащённым слоем увеличивается при наличии диэлектрич. прослойки Д между металлом и полупроводником Из-за туннельной проницаемости прослойки проводимость её при малых толщинах А) становится пренебрежимо большой. В прослойке, а также на границе окисел-полупроводник, как правило, возникают центры захвата носителей заряда, поле к-рых наряду с полем контактной разности потенциалов управляет приконтактным изгибом зон, существенно изменяя его величину, а иногда и знак (см. МДП-структура ).Это приводит к нестабильности и невоспроизводимости омич. контактов металл-полупроводник.
36. Процессы в р-n-переходе.
р—n-переход (n—р-переход, электронно-дырочный переход), переходная область между двумя частями одного полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая — дырочную (р-типа). В области р—n-перехода возникает электрическое поле, которое препятствует переходу электронов из п- в р-область, а дырок обратно, что обеспечивает выпрямляющие свойства р—п-перехода. Является основой многих полупроводниковых приборов.
37. Устройство, принцип действия и ВАХ полупроводникового диода.
диод — электронная лампа с двумя электродами (катод и анод). Разновидность диода. Используется в детекторах (амплитудных или частотных) и в выпрямителях. Высоковольтная разновидность — кенотрон. При разогреве катода электроны начнут покидать поверхность последнего за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Вольт-амперная характеристика электровакуумнуго диода имеет 3 участка:
Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака.
Участок закона «трех вторых». Зависимость анодного тока от напряжения характеризуется законом Ленгмюра-Чайльда-Богуславского (так же называемым законом "трех вторых")
Участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода.
38. Классификация и система обозначений диодов.
Классификация современных полупроводниковых диодов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозначений их типов и типономиналов. Первый элемент обозначения - буква Д - характеризует всю группу полупроводниковых диодов. Второй элемент обозначения - число (номер) - указьшает на область применения диодов: от 1 до 100 - точечные германиевые диоды; от 101 до 200 - точечные кремниевые диоды;от 201 до 300 - плоскостные кремниевые диоды;от 301 до 400 - плоскостные германиевые диоды;от 401 до 500 - смесительные СВЧ детекторные диоды;от 501 до 600 - умножительные диоды;от 601 до 700 - видеодетекторные диоды;от 701 до 800 - параметрические кремниевые диоды;от 801 до 900 – стабилитроны; от 901 до 950 – варикапы;от 951 до 1000 - туннельные диоды;от 1001 до 1100 - вьшрямительные столбы. Третий элемент обозначения - буква, указывающая на разновидность прибора.