Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 20
Текст из файла (страница 20)
е. инжекцип неосиовных носителей в оба слоя. Инжектированные носители диффундируют в глубь слоев, н эта монополярная диффузия сопровождается протеканием достаточно большого прямого тока (см. 2 1-13). ' Полярность обратного напряжения способствует «выталкиванию» дырок из и-слоя и электронов из р-слоя в область перехода, т.
е. экстракции неосновных носителей. При этом протекает ггебольшой. обратный ток. Согласно (1-!16) диффузионный ток определяется величиной граничной избыточной концентрации неосновных носителей. Поскольку при экстракции избыточная концентрация не может (по модулю) превысить весьма малуго равновесную концентрацию (см. с. Е2, п. 2), а при иижекции такого ограничения нет, то прямой ток оказывается намного больше обратного.
Это и является основой вентильных свойств диода. 2-2 ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД Плоскостной диод состоит пз электронно-дырочного перехода. двух нейтральных (или квазинейтральных) слоев и омическнх контактов. Поскольку процессы в нейтральных полупроводниках были детально изучены в гл. 1, следует прежде всего рассмотреть процессы в р-гг переходах. Свойства омических контактов будут описаны позднее. Классификация р-п переходов. Прежде всего заметим, что р-а переход нельзя осуществить путем простого соприкосновения двух разнородных полупроводниковых пластинок, так как при этом неизбежен промежуточный (хотя бы и очень тонкий) слой воздуха илн поверхностных пленок. Настоящий переход получается в единой пластинке полупроводника, в которой тем или иным способом (см.
2 4-13) получена достаточно резкая гранина между слоями р и л. Резкость границы играет существенную роль для формирования перехода, так как чересчур плавный переход, как показывает теория, не обладает теми вентильиыми свойствами, которые лежат Юи ~з в основе работы полупроводниковых диодов и транзисторов 124). Понятие резкости формулируется О» 1 О следующим образом: граница меж- 1 ду слоями является резкой, если градиент концентрации примеси лг (счита1ощийся постоянным в пределах перехода) удовлетворяет не- и равенству ,":.э и„ (2-1) где )т' — з ф ф е к т н в н а я кон Рис.
2-2. Рэсп»'деление полных н эффективных концепт»экий примепентрация примеси (см. стр. 21), си вблизи метзллургической грза 1хн — дебаевская длина в соб- ницы плавного перехода. сгвенном полупроводнике 1см. (1-87)). Для кремния и германяя необходимо соответственно: ЙЧЫх ~ь !Огз см ' и г)йгЯх ~ 4 10»т см ". Критерий (2-1) говорит о том, чта концепт»ения примесей в переходе должна существенно изменяться нз отрезке, меньшем 1 . Такое требовзпие ямеет определенный физический смысл.
Пусть И = )у« — «у«есть эффективнзя концепт»зина зкцепторав, которая линейно спадает в нзйрзвленин слоя и (рис. 2-2). В точке х =- О, где «У = О, имеем компенсированный, т. е. практически собственный полупроводник (см. рис. 1-13, з). хгелее, при х ) О, нарастает эффективнзя концентрзш~я доноров с прюкним (по модулю) грздиептом. Если градиент «ГМ/ах не удовлетворяет условию (2-1), т. е.
очень мзл, то существенные (срзвпемые с л;) эффективные копцснтрзции примесей получаются в д з л и от точки х = О, нз расстояниях, значительнобальших глубины экрзнировзния 1рг Тогда поля объемных зарядов, обусловленных иовизнровзннымн п»имеспыми этапами, тоже будут рвсноложены вдали от метзллургической границы и не будут «соприкэсзтьсн» в точке х = О. Соответственно в окрестности металлургической границы не сможет сбрззовзться двойной электрический слой, свойственный электронно.дырочному переходу. Переходы, в которых имеется скачкообразное изменение концентрации на границе слоев (г(ФЯх = аа), будем называть слгупенчпвыжи. Они представляют собой предельный случай более общего класса плавных переходов, в которых градиент концентрации примесей конечен, но удовлетворяет неравенству (2-1).
На практике ступенчатые переходы являются, конечно, известным приближением Однако они хорошо отражают свойства многих реальных и-и структур и, кроме того, оказываются проще для анализа. Поэтому ниже им будет уделено главное внимание. Контакты, в которых условие (2-1) не соблюдается, ие называют переходами, а относят к неоднородным полупроводникам. По соотношению концентраций основных носителей в слоях р и п переходы делятся на симмгпгричныз и неси»г»гетричнае.
В симметричных переходах имеет место соотношение Р» т. е. концентрации основных носителей в обоих слоях почти одинаковы. Такие переходы трудно реализовать практически, и они не являются типичными. Гораздо большее распространение имегот несимметричные переходы, в которых выполняется неравенство Р») и» нлн па ~ Рр и концентрации различаются в несколько раз и более.
Именно такие переходы будут анализироваться в дальнейшем, причем для определенности будет считаться, что слой р более низкоомный, чем слой в, т. е. рр ) л„. Полученные выводы легко использовать при обратном соотйошении концентраций. В случае резкой асиммегрии, когда концентрации основных носителей различаются более чем на порядок, переходы называют односторонними и обьгчно обозначают символами р'-и (или и'-р). Ияогда, чтобы отличить «просто» несимметричные переходы от односторонних, используют для первых обозначения р'-п (или и'-р), а для вторых р"'-гг (или гг -р).
В дальнейшем несимметричность (и даже односторонность) переходов будет подразумеваться без использования указанных индексов, за исключением специальных случаев, когда отсутствие индексов может вызвать недоразумения. Структура р-гг пе1жхода. Концеггтрацгги примесей и свободных носителей в каждом пз слоев диода показаны на рис. 2-3, а, причем для наглядности разница в концентрациях р» и л„принята гораздо меньшей, чем это имеется в действительности. Поскольку концентрашгя дырок в слое р значительно больше, чем в слое л, часть дырок диффундирует из слоя р в слой п. При этом в слое и вблизи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбипировать с электронами до тех пор, пока не будет выполнено условие равновесия (1-16).
Соответственно в этой области Уменьшится концентрация свободных электронов и «обнажатся» некомпенсироаанные положительные заряды донорпых атомов. Слева от границы <обнажатся» некомпенсированные отрицательные заряды акцепторных атомов, поскольку часть дырок перешла отсюда в слой и (рис. 2-3, б). Аналогичные рассуждения действительны для электронов слоя и, которые частично диффундируют в слой р. Однако в несимметричном переходе, в котором гг„~~ ор, диффузия электронов в слой р малосущественна, поскольку разность концентраций п„— — пр несравненно меньше разницы ор — р„, а именно этими разно- стями согласно (1-1!4) определяются градиенты концентраций и диффузионные токи. Область образовавшихся пространственных зарядов и есть область р-и перехода.
Часто зту область называют обедаениылс или исспошениыи слоем, имея в виду резко пониженную концентрацию и о д в и ж н ы х носителей в обеих ее частях. Однако, строго говори, переход и обедненный слой — не одно и то же: область перехода несколько шире потому что объемные заряды и связанное с ними поле зарождаются уже при очень нсболыиом р-слой и-слой р-слой яа РР Ко Рр Рр ета 5 ~дбсдненныа 1 М вЂ вЂ .~~ ~ ело- ! Г Переход ездхиептор Ое Донор + езырпа — Электрон а) Рнс. 2.3 1 ! б) б) Структура р-и перехода.
— пространственные наряды в реальвоы переходе! наряды в ндеалнанроваииоы переходе. и — начальное состояние слоев: б и — пространственные (несколько процентов) уменьшении концентрации носителей по сравнению с разновеской, тогда как понятию обедненного слоя соответствует спад концентрации носителей по крайней мере на порядок (рис. 2-3, б). Промежуточные участки между «границами» обедненного слоя и перехода являются участками экранирования р- и и-слоев диода от поля создаваемого зарядами обедненного слоя.
При перепаде концентраций носителей на три порядка и более протяженность участков экранирования обычно не превышает О 1 мкм, тогда как ширина собственно обедненного слоя, как увидим ниже, в несколько раз больше. Поэтому есть основания идеализировать переход так, как показано на рис. 2-3, а, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
