7. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии

Электронно-дырочный (p-n) переход – эл. переход м/у 2-мя областями ПП-ка, одна из кот-ых имеет ē-ную проводимость, а др. – дырочную.

Различают переходы:

1. Гомогенный – переход между ПП-ками с одинаковой шириной запрещённой зоны.

2. Гетерогенный – это переход между ПП-ками с разной шириной запрещённой зоны.

Симметричный pn-переход - концентрация осн. носителей в обеих областях ПП-ка одинакова, иначе - несимметричный.

В несимметричных p-n переходах область ПП-ка, имеющая большую концентрацию осн. Носителей - эмиттер, а с меньшей – база.

Равновесие соответствует нулевому внешнему U-нию на переходе.

Поскольку концентрация ē-ов в n-области >> чем в p-области  часть ē-ов диффундирует из n-области в p-область. При этом в p-области окажутся избыточные ē-ны, большая часть из которых находится вблизи металлургической границы. ē-ны будут рекомбинировать с дырками  будет  концентрация дырок и обнажатся нескомпенсированные “” заряды акцепторных ионов. С др. стороны, от металлургической границы (n-области) из-за ухода ē-нов обнажатся нескомпенсированные “+”-ые заряды донорных ионов.

Аналогично для дырок: они диффундируют из p-области в n-область. Вблизи металлургической границы по обе стороны её образуется слой с  концентрацией подвижных носителей – обеднённый слой. Существующие в нём объёмные заряды ионов примесей и связанное с ними эл. поле препятствует диффузии носителей и обеспечивают состояние равновесия 

 I_{pn-перехода} = 0, т.е. напряжённость внутр. эл. поля  до тех пор, пока вызванное им дрейфовое движение носителей не уравновесит встречное диффузионное движение, обусловленное градиентами концентрации ē-ов и дырок (j_диф = j_дрейф). Эл. поле обусловливает внутреннюю /контактную/ разность потенциалов между n- и p-областями, т.е. потенц. барьер.

Токи в pn переходе:

Диффузионный ток обусловлен переходом основных носителей через pn переход за счет градиента концентрации. Переход основных носителей происходит в тормозящем эл. поле.

Дрейфовый ток обусловлен переходом неосновных носителей под действием ускор. эл. поля под действием напряженности.

Контактная разность потенциалов – макс. значение потенциала, определ. высоту потенциального барьера для равновесного состояния.

D/µ=KT/e= т

1.Зависит от типа n-проводника

2. Зависит от концентрации

Чем больше концентрация тем больше к

3.От температуры

С увеличением температуры к уменьшается

Основные носители создают диффузионный ток. А неосновные носители составляют дрейфовую часть тока.

Характеризуются:

1. Напряженность внутр. эл. поля;

2. Контартная разность потенциалов;

3. Высота потенциального барьера;

4. Толщина обедненного слоя.

I_дифф – градиент конц-ций (выравнивание).

I_{дрейфовый} – эл.поле. (N_a/N_d = l_n/l_p))

10. Вольтамперная характеристика p-n перехода и ее зависимость от температуры, степени легирования.

1. Для идеального перехода все подводимое напряжение приложено и падает непосредственно на переходе.

2. Ширина pn перехода пренебрежимо мала (явление рекомбинации и регенерации pn перехода отсутствует.

3. Характеристики pn перехода рассматривается при обратных напряжениях, значительно меньших пробивных напряжений.

4. Границы pn перехода плоские и границы заряда двигаются перпендикулярно этим границам.

Под ВАХ будем понимать зависимость тока через p-n-переход от приложенного к нему напряжения.

- уравнение Шокли, где - температурный потенциал

/Н.У./, где	-коэффициент Больцмана
	-абсолютная температура = 300К
	-заряд электрона

При изменении прямого напряжения на 60мВ ток меняется на порядок.

Тепловой ток – это ток, вызванный термогенерацией в областях полупроводника, прилегающих к границам p-n-перехода на две-три длины диффузии.

Выразим из уравнения Шокли: , т.е. можно оценить дифференциальное сопротивление p-n-перехода: . При прямом смещении . Если через p-n-переход протекает =1мА, то =26 Ом. При ,

В реальных p-n-переходах наблюдается явление пробоя, под которым понимают резкое увеличение обратного тока.

Различают три вида пробоя:

1. Тепловой

2. Л авинный

3. Туннельный

[1] Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании по нему обратного тока. Тепловой пробой необратим.

[2] Лавинный пробой возникает в p-n-переходах при невысокой степени легирования, когда на длине свободного пробега носители успевают приобрести энергию достаточную для ионизации нейтрального атома. Лавинный пробой обратим, если не перешёл в тепловой.

[3] Туннельный пробой наблюдается в p-n-переходах, образованных вырожденными полупроводниками /сильно легированный проводник/. С ростом температуры уменьшается напряжения пробоя.

ёмкость p-n-перехода

Изменение напряжения на p-n-переходе приводит к перераспределению заряда на нём, а значит p-n-переход имеет ёмкость. Ёмкость p-n-перехода принято делить на две составляющие:

1. Барьерная ёмкость

2. Диффузионная ёмкость

[1] Барьерная ёмкость - ёмкость конденсатора, обкладками которого являются p и n области, а диэлектриком – обеднённый слой.

; ;

Б арьерная ёмкость является преобладающей при обратных и небольших положительных напряжениях. Барьерная ёмкость имеет высокую добротность, поскольку дифференциальное сопротивление велико. На практике барьерная ёмкость бывает от долей пкФ до сотен пкФ.

Варикап – переменная ёмкость, на основе p-n-перехода.

Барьерная ёмкость не зависит от частоты, вплоть до 10¹² Гц. Барьерная ёмкость слабо увеличивается с ростом температуры из-за снижения высоты потенциального барьера.

[2] Диффузионная ёмкость обусловлена неравновесными /неосновными/ носителями в базе.

	- протекающий через p-n-переход ток
	- время жизни неосновных носителей в базе
	- температурный потенциал

Формула справедлива на низких частотах. На более высоких частотах диффузионная ёмкость стремится к 0. Ёмкость может достигать значений в несколько мкФ. Однако влияние диффузионной ёмкости на быстродействие p-n-перехода не увеличивается во столько же раз.