Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 48
Текст из файла (страница 48)
а штриховой изображено распределение потенциала в состоянии равновесия. ()од действием поля в р-область попалают дополнительные элелтроны, а в п-область-- соответственно дырки. Этот процесс носит название ияхгекг(гггг носителей заряда. а) б) Р"с 2.11. Изменение потенциала и зоннвя диаграмма р — п-перехода, вхлюченногс в прямом (а) и обратном (б) направлениях Одно Р- и и-" "повременно от внешнего источника напряжения через омические контакты в области "и-типа попадут равные количества основных носителей. Они нейтрализуют инжектиперех " ванные заряды. Неосновные носители днффундируют вглуоь р- и п-областей. В р — и~кено реходе при увеличении приложенного напряжения возрастание тока происхолит по йуд.„ "оненциальномч закону (рис. 2.12).
ды учи ннжектированы в полупроводник с дру| им типом проводимости, электроны н ркн превращаются в неосновные носители, свойства которых определяются нх време- Часть И. Микроэлектроник 224 нем жизни т и диффузионной длиной Е = Бт . Эффективное время жизни составляе примерно 0,1- — 5,0 мкс. Энергетлческая диаграмма р — и-перехола при прямом включении приведена иа рис. 2.11, кь уровень Ферми а р-области смещен относительно и-области на величину внешнего пр„ мого напряжения Е/и щнрина р — и-перехода при подаче прямого напряжения 1',и уменьшается Диффузионный ток электронов нз и-области в р-область обозначим!,'„а ток дырок из р области в и-область — 1,',.
Рассмотрим случай, когда к р — и-переходу приложено обрплк пое палрялгеттпе, т. е. плюс к п-области, а минус к р-области. В этом случае ток через пе реход называется обрпткптььтк ттюкотк Е и. Внешний источник создает в р — -и-перехоле электрическое поле Е, совпадающее по на. правлению с полем перехола (рис. 2.11, б). В этом случае поле в р — и-переходе усилится, а высота потенциального барьера увеличится на величину !Еи. Пунктирной линией обо. значен потенциал в идеальном переходе ф =- /!х). Ток определяется диффузией через р — и-переход неосновных носителей, возникающих в результате тепловой генерации в р- и и-областях вблизи перехода.
При небольших обратных смещениях все термически генерированные вблизи р — и. перехода носители попадают в область, где они становятся основными. Дальнейшее увеличение внешнего напрямтения приводи~ к рос|у т.ока проводимости за счет генерации носителей в р —.п-переходе, размеры которого также увеличиваются. В процессе эксжракниа неосновных носителей заряда формируется ток, обусловленный дрейфом носителей. Процесс эксгракции или вытягивания носителей в контакт с металлом или другим полупроводником приволит к обеднению полупроводника носителями заряда. Величина дрейфового тока значительно меньше тока диффузии в прямом направлении и выходит на насьппение )рис, 2.12). Рис.
242, Вольтамперная характеристика р — п-перехола Ферми Зонная диаграмма показывает, что уровень Ферми в р-области будет выше уровня Ф р в и-области на величину !.'„и рейФ"' Ток лрейфа неосноаных носителей из р-области в и-область обозначим !,",. а ток лре дырок из и-области в р-область -- 7,",. Полный ток ниткекции )диффузии) электронов Д определяется как; /,', =-' ЯдЕ„ии ! тг)ехр( ГУ ) крк) — 1], о физика полупроводниковых структур ггб де ив — равновесная концентрация электронов в р-области; 5 — плошадь р — -и-пес«ода; д -- заряд; т„ — время жизни электронов; 1„ — диффузионная длина, определяемая как [м =,~Ц~, где 0„— коэффициент диффузии электронов.
уак инжекции дырок 1,', опрелеляется аналогично: 1,', =- бг[1 ре 1 тл [ехр[[1 1 ф,) — 1], де р„, — равновесная «онцентрация дырок в п-области, 1, — — диффузионная длина ды- Р ок, т, — время жизни дырок. Полный ток через р — п-перехол составляет: 1= 1, ' 1н — 1а [ехр[Ь'[~рз) — 1]. [2.7) зта величина представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики идеачь- ного р — и-перехода [рис. 2,12), Величина 1з определяется геометрией р — п-перехода, сте- пенью легирования магериача и параметрами иолупроволннка: 1, = Яд [(0„1 1.,;) нз„+ [0„1 [т1 рю]. [2.е) уравнение [2.7) описывает зависимость тока через переход от приложенного напряжения и является еоныиамнгрнои хорикюерпсгииной иерихона [ВАХ). При обратном напряжении обратный ток дрейфа 1;, и 1,", досгигаег значения 1, и остается практически постояннылз и не зависит ог напряжения да определенного значения равного наирноеению пробоя ['„,„и, При приложении обратного напряжения выше [/н„и возникает пробой перехода, вызванный лавинным размножением носитезезь Пробой может проис- холить как в объеме, так и по поверхности р — и-перехода.
Кроме электрического пробоя в р — и-переходе может произойти и тепловой пробой. Отличительным свойством р — п-переходов является образование диффузионной и борах ернойз емкостей. При прилоязении прямого напряжения [)е к р — и-переходу будет наблю- даться изменение заряда в обеих областях перехода.
С ростом напряжения на р — и-пе- Реходе булег увеличиваться взаимная диффузия основных носителей через переход и, соответственно, ток через переход, а также заряд от Я„„„до 8,„„„. В этом случае изменение заряда можно выразить следующим образом: [ан =- а,.„„- О,„„„, = С.,м [[[и, гле Сие — коэффициент пронорционючьностзц который и называется диффузионном ем- 'осмыо, Аналогичный процесс диффузии будет происхолить в п-области перехода. Диффузионной емкостью булет величина, определяемая соотношением: [У„=О„,„„,-О„.н„=Сот[ „, [)ащее вырюкенне для диффузионной емкости примет вид: Пи = С„,, ь [.;зн нлн г[Я, — г[[нтн зЮ„=- г[[„тн, где т т~ ° т„— время впззнн дырок и электронов, соответственно. Из Уравнения ВАХ р — и-перехола при прямом включении следует: здегз[[[е )з,~'арен Сии==[l,т,) [жп Гм.= [[„т„)! зри Часть !!.
Микроэлектроника ггб рели диффузионная длина Е много меньше толщины области !т'(р- нли и-) или И'» Е, то Сс= )(т ! ч т,!))IгТ. Вели т„= т„и )т' «Е, то вРемЯ пРолета носителей ! опРеделЯетсЯ как 1= Ф)Е)я. Окончательная формула для значения диффузионной емкости примет вид: Св=!о — —. д ЕТ 2Е)р (2.9) ПРоцесс диффУзии чеРез Р— п-пеРеход свЯзан с обРазованием Разности потенциалов Е и а также с образованием ионов доноров н акцепторов, жестко привязанных к решетке. Обра зовавшийся потенциальный барьер характеризуется барьерной емкостью, величина которой может быть описана формулой плоского конденсатора: С„=- ееьэ Ех„, где Сж, — барьерная емкость р — и-перехола в равновесном состоянии. Прн увеличении обратного напряжения ЕЕ;,,„приложенного к переходу, его ширина уве.
личивается. В этом случае дырки в р-области и электроны в и-области под действием поля уходят от границы р — и-перехода. Линии тока внутри переходного слоя замыкаются через токи смещения, образуя непрерывную линию зарядного тока. В такой ситуации р — и-переход ведет себя как плоский конденсатор, емкость которого определяется как Св= се,о !х„, где х„— ширина р — и-перехода в равновесном состоянии. Соответственно ток через конденсатор составит величину: )з = Ся_#_/м ! с(!. Изменение ширины р — и-перехода от приложенного напряжения определяется зависимостью; х„= хм (1 — П ! дз)ч, где х,ь — ширина перехода в равновесном состоянии; Е! — напряжение, приложенное к р — и-переходу; ! — показатель степени (! = 1 ! 2 для резкого, ! —.
1 ! 3 для плавного пере холов). Окончательная зависимость барьерной емкости от напряжения примет вил: С„=- См (1 — и! ЧЧ)-'. Из всего вышесказанного можно сделать два вывода; 1. При прямом включении р — и-перехода основным процессом является процесс пере мешепия диффузионных зарядов, опредсляемый диффузионной емкосгью (Сл» Ся). 2. При обратном включении р — и-перехода главную роль играет барьерная емкость, ко горак отражает перераспрелеление зарядов в р--и-переходе(Са >) Гэ). где х„— ширина р — и-перехода; в — относительная лиэлектрическая проницаемость; е, — электрическая постоянная; 5 — плошадь р — п-перехода.
В связи с зависимостью ширины перехода от внешнего приложенного напряжения Е), сушествуег следующая зависимость: агу о гриэикл полупроводниковых структур 2.4.3. Гетеропереходы (сщеролеРеходои называют пеРеход, обРазУющийсЯ на гРанице двУх полУпРоводников с различной шириной запрещенной юны. Еетероперехол может быть образован как двумя монокристаллическими (аморфными) полупроводниками, так и монокристаллическилг и аморфным полупроводниками. )(а границе гетероперехода происходит изменение свойств полупроводника, в частности, меняется структура энергетических зон, ширина запрещенной зоны, подвижности и эффективные массы носителей заряда.
Различают анизотипные и изотипные гетеропереходы. Аиггзолгнлиые ггереходы создаются в результате контакта полупроводников с дырочной и электронной типамн проводимости. 1)эовгилные переходы возникают в результате контакта полупроводников одного типа проводимости. Комбинации различных гетеропереходов образуют ревут)уослгруавгульь ))а рис. 2.13 представлены диаграммы электрических зон для идеального (а) и резкого (б) р — п-гетеропереходов. рнс, Зд 3. ЭнеРгетическая диаграмма для идеального (а) и резкогс (б) р — л-гетеропвреход в случае равновесия (слева) и положительного смещения (справа) Сз'Руктура гетероперехода, у которого материал р-типа имеет большую ширину 'ценной зоны, чем материал п-типа, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
