promel (Электроника учебник), страница 6

носителей заря в нмедотся неосповные нссители заря. слоев ,и й Л да, со , создаваемые путем перехода электро нов о ' основного материала из валентной зоны в зону свободных уровней, 1)а практике наибольшее распространение получили уд-и-струкзуры с неодиКи иаковой концентрацией внесенных акцептг ! 1у дд торной йд, и доиорной йдн примесей, т. е. Ш уу с неодинаковой концентрацией основных д пх носителей заряда в слоях рр жйхе и пл ж д, ~ ух удп ж йун. Типичными являются структуры с уйд и и йу, ир Уп 1р ур и„).

РаСПрЕдЕЛЕНИЕ КОП- д,д, Х центрации нссителеи заряда для таких структур показано на рис. 1.8, б па при мере германия, где приняты р = 1О'" см ' и, = 10м см '. Концентрация собствен ных носителей заряда в германии при ком натяой температуре п; =- 2,5 10" см '. Концентрации пеосповных носителей за- Ряда, существенно меньшие концентра- ций основных носителей заряда, составят для рассматриваемой структуры в соот- ветствии с!1,2) п 1Оп см ', р„щ" см '.

В р-и-структуре на границе раздела слоев ЛВ возникает разность концентра- ций одноименных носителей заряда; в одном слое они являются ссновными, в другом — неосновными. В приграничной области под деу1ствием разности концен- траций возникает диффузионное движение ос"овиых носителей заряда во встречном нап вправлении через границу раздела. Дыр- ки и из р-области диффундируют в п-об- ласть, сть, электроны из и-области — в р-об- комби ть Дырки, вошедшие в п-область, ре"иируют с электронами этой области, 'Роны, вошедшие в р-область, — с дырка "ами р-области. Вследствие двух факто- г) д ду е! д Рнс. !.8.

Образование р-и- перехода в р-и-структуре пплупровпдниса; а — и-л структура полупроеоннииа; б — распрелеленне ионцен. трений носителей аеряла: и— состааляююие тоха е р-л.переходе; и — риспрелеление ааряла; д — лиатрамма напряженности волн: е — потенциальный барьер я р-л.перехоле 21 ров (ухода основных носителей заряда из приграничных областей и их рекомбинации с носителями заряда противоположного знака) коицент рации основных носителей заряда (пя и л„) в обеих приграничных областях, суммарная ширина которых 1„снижаются (рис. 1.8, б).

Кроме того, в соответствии с выражением (1.2) снижение концентра ции носителей заряда одного знака сопровождается повышением концентрации носителей заряда другого знака. Вследствие этого в приграничной р-области повышается концентрация электронов, а в приграничной л-области — концентрация дырок. Таким образом, становится понятным характер распределения концентрации носителей заряда в р-п-переходе, показанной на рис. 1.8, б сплошным лчннями. Важнейшим следствием диффузионного движения носителей за ряда через границу раздела слоев является появление в пригранич ных областях о б ъ е м н ы х з а р я д о в, создаваемых ионам атомов примесей.

Так, прн уходе дырок из р-слоя в нем создаетс пескомпенснрованный отрицательпгхй объемный заряд за счет остав шихся отрицательных ионов акцепторных атомов примеси, Элект роны же, ушедшие нз и-слоя„оставляют здесь нескомпенснрованны положительный объемный заряд, создаваемый положительными иона ми донорных атомов примеси. Наличие объемного заряда являетс главной особенностью р-п-перехода. Кривая распределения объемног заряда в р-и-переходе показана на рис. ! .8, г. Ввиду налнчи объемного заряда в р-и-переходе создаются э л е к т р и ч е с кое поле н разность потенциалов.

Кривы Е(х) и гр(х) показаны на рнс. 1.8, д, е (за нулевой принят потенциа п-слоя). Отметим, что рассмотренный процесс формирования р-и-пе рехода происходит уже на этапе введения в монокристалл акцептор ной н донориой примесей. Т о л щ и н а с л о я объемного заряда 1, составляет доли мик рометров и зависит от концентрации примеси (основных носителе заряда) в р- и а-областях (от удельного сопротивления слоев).

Объе ные заряды по обе стороны границы раздела равны и создаются, ка известно, неподвижными ионами примеси. Если бы концентраци акцепторной М, и донориой Мя примесей были равны (симметричны р-п-переход), то концентрации отрицательных ионов слева от границ раздела и положительных ионов справа были бы также равны и и-переход имел бы одинаковые толщины слоев 1, и 10,. В рассматр ваемом случае несимметричного р-и-перехода (М, Ъ Фя) концен рация неподвижных отрицательных ионов слева от границы разде АВ будет выше концентрации неподвижных положительных ион справа (рис. 1.8, а), в связи с чем равенству объемных зарядов обо знаков (рис.

1.8, г) здесь будет отвечать условие 1„, » 1, . Иным словами, р-л-переход толщиной 1, будет преимущественйо сосред точен в п-области, как в более высокоомной. Внутреннее электрическое поле, созданное объемными зарядам является фактором, под действием которого обеспечивается раве ство потоков носителей заряда через переход в обоих направления т. е. равенство нулю суммарного тока в отсутствие внешнего эле 22 кого поля. Это обусловливается тем, что внутреннее электри„'еполес потенциальным барьером гро(рис.1.8,е) соз т тормозящее действие для основных и ускоряющее — для ,овных носителей заряда. Таким образом, внутреннее электриое поле приводит к уменьшению плотности диффузионного тока через переход и появлению встречного ему дрейфового тока плотяяф костью ~ям П л о т н о с т ь д и ф ф у з и о н н о г о т о к а 1 „©, обусловного основными носителями заряда (рис.

1.8, в), направлена вдоль и х и состоит из потока дырок, перемещающихся под действием яффузни из р-области в п-область, и потока электронов, диффундиющих из п-области в р-область. Плотность дрейфово го тока lя, (рис. 18,в) создается неосновными носителями заряда прилегающих к р-п-переходу слоев с толщиной, равной диффузионной длине: ф— для электронов д-слоя и 1.р — для дырок п-слоя (рис.

1.8, а). Неосновные носители заряда, совершая тепловое движение в этих слоях, успевают за время своей жизни попасть в область действия электрического поля, увлекаются этим полем и перебрасываются через переход. Таким образом, плотность дрейфового тока определяется потоками подходящих не- основных носителей заряда из прилегающих к р-п-переходу слоев. Ока зависит от концентрации неосновных носителей заряда в слоях и диффузионной длины. Дрейфовый ток имеет направление, противоположное направлению диффузионного тока. Равенству нулю тока через переход в отсутствие внешнего напряженая соответствует уменьшение диффузионной составляющей тока до величины его дрейфовой составляющей.

Равенство составляющих тока у „Э =- lд создается установлением соответствующей величины потенцйального барьера ~р, в р-п-переходе. Величина потенциального барьера ~р, 1называемого также конта ктно й разностью п о т е н ц и а л о в) зависит от соотношения концентраций носителей заряда одного знака по обе стороны перехода и определяется соотношением и ср,=-~рг)п —" ='рг'п дп я Высота потенциального барьера зависит от температуры ввид завис нмости от нее теплового потенциала и концентрации неосновных у носителей заряда в слоях полупроводниковой структуры.

Более сильное в. за я влияние температуры на концентрацию неосновных носителе" й Ряда, чем влияние на величину рг, приводит к тому, что с ростом темпе ературы высота потенциального барьера уменьшается. При комнатной температуре для германия р, = 0,3 †; 0,5 В, а для кремния велнчн~; ~о = 0,6 — ' 0,8 В. Различие в значениях ~р объясняется болыпей 0 неоснов иной Л)р; в кремнии и, следовательно, меньшей концентрацией 'овных носителей заряда (при одинаковой температуре и одиковых концентрациях внесенных примесей). од неосновных носителей заряда через р-и-переход из приле~п1их к нему слоев, казалось бы, должен привести к уменьшению их концентрации с приближением к границе р-п-перехода. Вмсст с тем концентрации неосновных носителей заряда в прилегающих р-и-переходу слоях сохраняются на уровнях р„и пг (рис.

1.8, б) так как в условиях динамического равновесия уменьшение концент рации неосновных носителей заряда за счет их ухода через р-и-пе реход будет постоянно восполняться носителями того же знака з счет их диффузии из противоположных слоев. Электрические процессы в р-и-переходе при наличии внешнего напряжения Подключение к р-и-структуре внешнего напряжения ( н а п р я ж е н и я с м е щ е н н я) приводит к изменению условий перено заряда через р-п-переход. Существенную роль при этом играет по лярность внешнего напряжения, с которой оно прикладывается р-и-переходу.