- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
Пространственное распределение подвижных носителей заряда представляет собой решение уравнения непрерывности с описанными выше граничными условиями. Легко видеть, что при постоянной напряженности электрического поля Е ток изменяется только из-за изменения концентрации
. (1.17)
Интегрируя
это выражение по области, где
заметно превышает 0, получим
,
где
,
т.е.
изменение электронного тока на p-стороне
определяется рекомбинацией полного
избыточного заряда электронов
.
Если искать из уравнения (1.17)

пространственное
распределение электронов в виде
,
то для характеристической длины
возникает соотношение

Знаки «+» или «–» зависят от направления электрического поля относительно направления градиента концентрации, т. е. от того, совпадают ли направления диффузионного и дрейфового потоков.
При

совпадает с диффузионной длиной
и переходит в так называемую длину
дрейфа
,
если скорость дрейфа
сильно превышает скорость диффузии
.
Независимо от величины и направления
поля
представляет собой среднее расстояние,
которое успевают пройти носители за
время жизни. В отсутствии рекомбинации
и
.
Возникает
характеристическая длина
,
т. е. пространственное распределение
носителей заряда определяется только
полем и температурой и характеристическая
длина есть расстояние, на котором
потенциальная энергия носителя в поле
равна его кинетической энергии
.Физический смысл знака минус соответствует
тому, что при
концентрация будет убывать, электроны
удерживаются плюсом слева.
Общее
решение диффузионно-дрейфового уравнения
для неосновных неравновесных носителей
заряда вблизи p-n-перхода с описанными
выше граничными условиями обычно
строится в виде линейной комбинации
гиперболических функций, которые
обладают теми же свойствами, что и
экспоненты, но, как станет ясным из
дальнейшего, представляют собой их
более удобные линейные комбинации.
Поместим для упрощения записей начало
координат на границу ОПЗ p-n-перехода в
n-области, т. е. в точку
,
тогда распределение дырок на n-стороне
примет вид
.
Используя
граничные условия
,
можно получить, что
,
.
Диффузионный
дырочный ток
примет вид
.
При
дырочный ток стремится к величине
Дырочный ток всегда уменьшается по мере приближения к тыловому контакту
,
где -
– доля рекомбинирующих в базе дырок.
Для
тонкой базы
и
,
т. е. в отсутствие объемной рекомбинации
дырочный ток определяется только
толщиной базы, величина
выступает в качестве скорости диффузии
дырок в n-базе.
Приравнивая
дырочные токи в нуле и при
в отсутствии объемной рекомбинации

Можно
получить для избыточных концентраций
в нуле и при


и
величина дырочного тока делается
пропорциональной скорости рекомбинации
на контакте. Электронный ток на p-стороне
очевидно, выглядит аналогично с заменой
диффузионной длины, коэффициента
диффузии и толщины базы на
,
,
и
.
Отношение диффузионных токов будет
определяться равновесными концентрациями
неосновных носителей заряда и
соответствующими скоростями, в качестве
которых, в зависимости от выполнения
тех или иных условий, выступают либо
скорости диффузии
или
или скорость рекомбинации
.
Может показаться, что
влияет только на тыловые концентрации
для дырок и
для электронов. Однако скорость
рекомбинации при малых толщинах базы
определяет и величину тока неосновных
носителей, если
,
то
и дырочный ток уменьшается так, что при
и
ток тоже стремится к нулю, поскольку
носители лишены возможности рекомбинировать
как в объеме, так и на контакте.
