14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Такие полупроводники называются вырожденными.11А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекций1.6. Процессы переноса зарядов в полупроводникахВ полупроводниках процесс переноса зарядов может наблюдаться при наличии электронов взоне проводимости и при неполном заполнении электронами валентной зоны. При выполнении данныхусловий и при отсутствии градиента температуры перенос носителей зарядов возможен либо под действием электрического поля, либо под действием градиента концентрации носителей заряда.1.6.1. Дрейф носителей зарядаДрейфом называют направленное движение носителей заряда под действием электрического поля.Электроны, получая ускорение в электрическом поле, приобретают на средней длине свободногопробега добавочную составляющую скорости, которая называется дрейфовой скоростью  n др , к своейсредней скорости движения.Дрейфовая скорость электронов мала по сравнению со средней скоростью их теплового движенияв обычных условиях.

Плотность дрейфового токаJ n др  qN n  n др ,(1.3)где Nn – концентрация электронов в 1 см3; q – заряд электрона.Дрейфовая скорость, приобретаемая электроном в поле единичной напряженности E  1,B,cмназывается подвижностью: n дрEПоэтому плотность дрейфового тока электронов.(1.4)J n др  qN n E .(1.5)Составляющая электрического тока под действием внешнего электрического поля называетсядрейфовым током. Полная плотность дрейфового тока при наличии свободных электронов и дырокравна сумме электронной и дырочной составляющих:J др  J n др  J p др  qE N n  n  N p  p ,(1.6)где E – напряженность приложенного электрического поля; N p – концентрация дырок.Удельная электрическая проводимость  равна отношению плотности дрейфового тока к величине напряженности электрического поля E , вызвавшего этот ток:J др,(1.7)Eто есть электропроводность твердого тела зависит от концентрации носителей электрического заряда nи от их подвижности  .1.6.2.

Диффузия носителей зарядаПри неравномерном распределении концентрации носителей заряда в объеме полупроводника иотсутствии градиента температуры происходит диффузия – движение носителей заряда из-за градиентаконцентрации, т.е. происходит выравнивание концентрации носителей заряда по объему полупроводника.Из курса физики известно, что плотность потока частиц при диффузии (число частиц, пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную направлению градиента концентрации) пропорциональна градиенту концентрации этих частиц:(1.8)Фm   Dmgradm ,где Dm – коэффициент диффузии, равный абсолютному значению отношения плотности потока частиц кградиенту их концентрации.Знаки правой и левой части в выражении (1.8) различны, т.к.

вектор градиента концентрациинаправлен в сторону возрастания аргумента, а частицы диффундируют туда, где их меньше, т.е. противградиента концентрации.12А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийПоскольку любое направленное движение одноименно заряженных частиц есть электрическийток, то плотность электронной составляющей диффузионного тока может быть получена путем умножения правой части выражения (1.8) на заряд электрона.

Электроны диффундируют против вектора градиента концентрации и имеют отрицательный заряд. Вследствие этого направление вектора плотностидиффузионного тока электронов должно совпадать с направлением вектора градиента концентрацииэлектроновdn,(1.9)J n диф  qDndxdnгде Dn – коэффициент диффузии электронов,– градиент концентрации электронов.dxЗаряд дырок положителен, вследствие этого направление вектора плотности диффузионного токадырок должно совпадать с направлением их диффузии, т.е.

противоположно направлению вектораградиента концентрации дырок. Следовательно, в правой части должен сохраниться знак минус:dp.(1.10)J p диф  qD pdxdpгде D p – коэффициент диффузии дырок,– градиент концентрации дырок.dxПолная плотность диффузионного тока, обусловленная направленным перемещением носителей электрического заряда из мест с большей концентрацией в места, где их концентрация меньше, определяется какdndp J диф  q  Dn Dp(1.11).dxdx Одновременно с процессом диффузии носителей заряда происходит процесс их рекомбинации.Поэтому избыточная концентрация уменьшается в направлении от места источника этой избыточнойконцентрации.Расстояние, на котором при одномерной диффузии в полупроводнике без электрического поля внем избыточная концентрация носителей заряда уменьшается в результате рекомбинации в e раз,называется диффузионной длиной L .

Иначе, это расстояние, на которое диффундирует носитель завремя жизни.Диффузионная длина L связана со временем жизни носителей соотношениямиLn  Dn  n ; L p  D p  p ,(1.12)где  n и  p – время жизни электронов и дырок, соответственно.1.7. Электрические переходыЭлектрическим переходом в полупроводнике называется граничный слой между двумя областями, физические характеристики которых имеют существенные физические различия.Различают следующие виды электрических переходов: электронно-дырочный, или p–n-переход – переход между двумя областями полупроводника,имеющими разный тип электропроводности; переходы между двумя областями, если одна из них является металлом, а другая полупроводником p- или n-типа (переход металл – полупроводник); переходы между двумя областями с одним типом электропроводности, отличающиеся значением концентрации примесей; переходы между двумя полупроводниковыми материалами с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы).1.7.1.

Электронно-дырочный переходРабота целого ряда полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и др.) основана на явлениях, возникающих в контакте между полупроводниками с разными типами проводимости.Граница между двумя областями монокристалла полупроводника, одна из которых имеет электропроводность типа p, а другая – типа n называется электронно-дырочным переходом. Концентрации основныхносителей заряда в областях p и n могут быть равными или существенно отличаться.13А.В.

Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийp-областьP–n-переход, у которого концентрации дыроки электронов практически равны N p  N n , называ-n-область----++++----++++ют симметричным. Если концентрации основныхносителей заряда различны ( N p  N n или----++++N p  N n ) и отличаются в 1001000 раз, то та-кие переходы называют несимметричными.Несимметричные p–n-переходы используютсяшире, чем симметричные, поэтому в дальнейшем-  ион акцепторной+  ион донорнойбудем рассматривать только их.примесипримесиРассмотриммонокристаллполупроводникаРис. 1.12. Начальный момент образования p–n-перехода(рис.

1.12), в котором, с одной стороны, введена акцепторная примесь, обусловившая возникновение здесьэлектропроводности типа p, а с другой стороны, введена донорная примесь, благодаря которой там возниклаэлектропроводность типа n. Каждому подвижному положительному носителю заряда в области p (дырке)соответствует отрицательно заряженный ион акцепторной примеси, но неподвижный, находящийся в узлекристаллической решетки, а в области n каждому свободному электрону соответствует положительнозаряженный ион донорной примеси, в результате чего весь монокристалл остается электрическинейтральным.Свободные носители электрических зарядов под действием градиента концентрации начинают перемещаться из мест с большой концентрацией вдиффузияместа с меньшей концентрацией.

Так, дыркиEn-областьp-областьбудут диффундировать из области p в область n,а электроны, наоборот, из области n в область p.+ + ++ + +Это направленное навстречу друг другу пере++ ++ + +мещение электрических зарядов образует диф+ + ++ + +фузионный ток p–n-перехода. Но как толькодырка из области p перейдет в область n, она+ + ++ + +оказывается в окружении электронов, являюдрейфщихся основными носителями электрическихзарядов в области n.

Поэтому велика вероятность того, что какой-либо электрон заполнит ксвободный уровень и произойдет явление реxкомбинации, в результате которой не будет нидырки, ни электрона, а останется электрическиРис. 1.13. P–n-переход при отсутствии внешнего напряжениянейтральный атом полупроводника. Но еслираньше положительный электрический зарядкаждой дырки компенсировался отрицательным зарядом иона акцепторной примеси в области p, а зарядэлектрона – положительным зарядом иона донорной примеси в области n, то после рекомбинации дырки иэлектрона электрические заряды неподвижных ионов примесей, породивших эту дырку и электрон, остались не скомпенсированными.

И в первую очередь не скомпенсированные заряды ионов примесей проявляют себя вблизи границы раздела (рис. 1.13), где образуется слой пространственных зарядов, разделенныхузким промежутком  . Между этими зарядами возникает электрическое поле с напряжённостью E , которое называют полем потенциального барьера, а разность потенциалов на границе раздела двух зон, обуславливающих это поле, называют контактной разностью потенциалов к .Это электрическое поле начинает действовать на подвижные носители электрических зарядов.Так, дырки в области p – основные носители, попадая в зону действия этого поля, испытывают со стороны него тормозящее, отталкивающее действие и, перемещаясь вдоль силовых линий этого поля,будут вытолкнуты вглубь области p . Аналогично, электроны из области n, попадая в зону действия поляпотенциального барьера, будут вытолкнуты им вглубь области n .

Характеристики

Список файлов учебной работы