Глава 6. Полупроводниковые приборы 6. Полупроводниковые приборы 6.1. Электронно-дырочный переход и полупроводниковые диоды к полупроводникам относят материалы, проводимость которых

больше проводимости диэлектриков, но меньше проводимости про-

водников. Обычно это кристаллический материал с шириной запре-

щенной зоны от 0,5 до 2 эВ, В радиоэлектронике в качестве полупро-

водников наиболее часто используются кремний, германий, арсенид

галлия, селен и др. Химически чистые или i-полупроводники имеют

небольшую собственную проводимость, обусловленную свободными

электронами и дырками теплового происхождения.

Полупроводник п-типа — это полупроводник с преобладающей

электронной проводимостью. Преобладающая электронная проводи-

мость возникает при добавлении донорных примесей, например пяти-

валентных сурьмы, мышьяка и т. п. к четырехвалентному кремнию.

Атом примеси легко ионизируется, добавляя электрон к электронам

собственной проводимости.

Полупроводник р-типа возникает при добавлении к химически

чистому полупроводнику акцепторных примесей, например, при до-

бавлении трехвалентных бора, алюминия и др. к четырехвалентному

кремнию. Атом примеси ионизируется, принимая электрон от сосед-

него атома основного полупроводника и создавая тем самым дырку в

полупроводнике. Примесные полупроводники называются легирован-

ными.

При нормальной температуре практически все атомы примесей

ионизируютсяипроводимость примесногополупроводника

существенно возрастает. Отметим, что, несмотря на возникновение

только одного типа проводимости: или и-, или р-типа, примесные

полупроводники будут электрически нейтральны, так как заряды

ионов скомпенсированы зарядами основных носителей заряда —

электронов в и-области и дырок в р-области полупроводника. Дырки в

и-полупроводнике или электроны в р-полупроводнике называют неос-

новными носителями зарядов.

Наибольшее применение нашли полупроводники, одна часть кото-

рых легирована акцепторными примесями, а другая — донорными.

Переход между двумя областями полупроводника с разными типами

6.1. Электронно-дырочный переход и полупроводниковые диоды

электропроводности называется электронно-дырочным или р-п-

переходом (рис. 1).

После создания в полупроводнике р- и и-областей начинается

диффузионный ток основных носителей заряда: дырок из р-области в

и-область и электронов в обратном направлении. Диффундируя, элек-

троны и дырки оставляют за собой соответственно положительно и

отрицательно заряженные ионы примесей. Отметим, что эти ионы же-

стко закреплены в кристаллической решетке и перемещаться не могут.

В и-области диффундирующие дырки рекомбинируют с электронами,

резко уменьшая концентрацию электронов и дополнительно образуя

нескомпенсированные положительные ионы. Аналогично в р-области

диффундирующие электроны рекомбинируют с дырками, резко

уменьшая концентрацию основных носителей заряда и дополнительно

образуя нескомпенсированные отрицательные ионы.

ее©©;

Рис. 1

Таким образом, вблизи границы р- и и-областей концентрация ос-

новных носителей заряда резко падает. Возникает обедненный носи-

телями слой, где "обнажаются" не скомпенсированные отрицательные

и положительные заряды акцепторных и донорных ионов. Ширина

этого обедненного слоя для кремниевого перехода / я 0,3 мкм.

Появление противоположно заряженных ионов приводит к воз-

никновению электрического поля в переходе. Это поле направлено

так, что тормозит процессы диффузии. Возникшему электрическому

полю соответствует контактная разность потенциалов (р /,. При тем-

пературе Т= 21°С для кремниевого перехода <р*« 0,8 В.

Электрическое поле в переходе обусловливает появление дрейфо-

вого тока — тока неосновных носителей зарядов в переходе: дырки

из и-области переносятся электрическим полем в р-область, а элек-

троны из р-области затягиваются в и-область. Величина дрейфового

тока мала, так как мала концентрация неосновных носителей заряда. В