14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Таким образом, в узкой области  ,где действует поле потенциального барьера, образуется слой, где практически отсутствуют свободные----++++14А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийносители электрических зарядов и вследствие этого обладающий высоким сопротивлением. Это такназываемый запирающий слой.Если же в области p вблизи границы раздела каким-либо образом окажется свободный электрон,являющийся неосновным носителем для этой области, то он со стороны электрического поля потенциального барьера будет испытывать ускоряющее воздействие, вследствие чего этот электрон будет переброшен через границу раздела в область n, где он будет являться основным носителем.

Аналогично,если в области n появится неосновной носитель – дырка, то под действием поля потенциального барьера она будет переброшена в область p , где она будет уже основным носителем. Движение неосновныхносителей через p–n-переход под действием электрического поля потенциального барьера обусловливает составляющую дрейфового тока.При отсутствии внешнего электрического поля устанавливается динамическое равновесие между потоками основных и неосновных носителей электрических зарядов, то есть между диффузионной и дрейфовой составляющими тока p–n-перехода, поскольку эти составляющие направлены навстречу друг другу.Потенциальная диаграмма p–n-перехода изображена на рис.

1.13, причем за нулевой потенциалпринят потенциал на границе раздела областей. Контактная разность потенциалов образует на границераздела потенциальный барьер с высотой к . На диаграмме изображен потенциальный барьер дляэлектронов, стремящихся за счет диффузии перемещаться справа налево (из области n в область p ).Если отложить вверх положительныйпотенциал, то можно получить изобдрейфражение потенциального барьераWпpW  qкдля дырок, диффундирующих слеванаправо (из области p в область n ).WпnПри отсутствии внешнего элекWF pWFnтрического поля и при условии диWвpнамического равновесия в кристаллеполупроводникаустанавливаетсяWвnединый уровень Ферми для обеихдиффузияобластей проводимости.Рис.

1.14. Зонная диаграмма p–n-перехода, иллюстрирующаяОднако, поскольку в полупробаланс токов в равновесном состоянииводниках p-типа уровень Фермисмещается к потолку валентной зоныWвp , а в полупроводниках n-типа – ко дну зоны проводимости Wпn , то на ширине p–n-перехода  диаграмма энергетических зон (рис. 1.14) искривляется и образуется потенциальный барьер:WEвнк ,(1.13)n-областьp-областьqEгде W – энергетический барьер, который+ + ++ + +необходимо преодолеть электрону в области++ ++ + +n , чтобы он мог перейти в область p , или+ + ++ + +аналогично для дырки в области p , чтобы онамогла перейти в область n .+ + ++ + +Высота потенциального барьера зависитJ p диф J n дифот концентрации примесей, так как при ееизменении изменяется уровень Ферми, сме U вн щаясь от середины запрещенной зоны к верхней или нижней ее границе.1.7.2.

Вентильное свойство p–n-переходаP–n-переход, обладает свойством изменять свое электрическое сопротивление взависимости от направления протекающего кРис. 1.15. Прямое смещение p–n-перехода15к  U внxА.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийчерез него тока. Это свойство называется вентильным, а прибор, обладающий таким свойством, называется электрическим вентилем.Рассмотрим p–n-переход, к которому подключен внешний источник напряжения Uвн с полярностью, указанной на рис. 1.15, «  » к области p-типа, «–» к области n-типа. Такое подключение называютпрямым включением p–n-перехода (или прямым смещением p–n-перехода).

Тогда напряженность электрического поля внешнего источника Eвн будет направлена навстречу напряженности поля потенциального барьера E и, следовательно, приведет к снижению результирующей напряженности Eрез :Eрез  E  Eвн .(1.14)Это приведет, в свою очередь, к снижению высоты потенциального барьера и увеличению количестваосновных носителей, диффундирующих через границу раздела в соседнюю область, которые образуюттак называемый прямой ток p–n-перехода. При этом вследствие уменьшения тормозящего, отталкивающего действия поля потенциального барьера на основные носители, ширина запирающего слоя уменьшается (    ) и, соответственно, уменьшается его сопротивление.По мере увеличения внешнего напряжения прямой ток p–n-перехода возрастает.

Основные носители после перехода границы раздела становятся неосновными в противоположной области полупроводника и, углубившись в нее, рекомбинируют с основными носителями этой области, но, пока подключен внешний источник, ток через переход поддерживается непрерывным поступлением электронов извнешней цепи в n-область и уходом их из p-области во внешнюю цепь, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в p-области.Введение носителей заряда черезp–n-переход при понижении высотыпотенциального барьера в область поWпpлупроводника, где эти носители являqк  U вн Wпnются неосновными, называют инжекциWFnей носителей заряда.qU внWF pПри протекании прямого тока изWвpдырочной области р в электронную обqк  U вн Wвnласть n инжектируются дырки, а изэлектронной области в дырочную –электроны.Инжектирующий слой с относиРис.

1.16. Зонная диаграмма прямого смещения p–n-перехода,иллюстрирующая дисбаланс токовтельно малым удельным сопротивлением называют эмиттером; слой, вкоторыйпроисходит инжекция неосновныхEвнn-областьp-областьEдля него носителей заряда, – базой.На рис. 1.16 изображена зонная энерге+ + ++ + +тическая диаграмма, соответствующая пря++ ++ + +мому смещению p–n-перехода.Если к р-n-переходу подключить внеш+ + ++ + +ний источник с противоположной полярно+ + ++ + +стью «–» к области p-типа, «+» к области nтипа (рис. 1.17), то такое подключение назыJ p др J n дрвают обратным включением p–n-перехода U вн (или обратным смещением p–n-перехода).В данном случае напряженность электрического поля этого источника Eвн будетнаправлена в ту же сторону, что и напряжен кк  U внность электрического поля E потенциальноxго барьера; высота потенциального барьеравозрастает, а ток диффузии основных носитеРис.

1.17. Обратное смещение p–n-переходалей практически становится равным нулю.16А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийИз-за усиления тормозящего, отталкивающего действия суммарного элекWпpтрического поля на основные носителизаряда ширина запирающего слоя увеличивается (    ), а его сопротивWF pqк  U вн ление резко возрастает.WвpТеперь через р–n-переход будетqU внпротекать очень маленький ток, обуWпnсловленный перебросом суммарнымWFnqк  U вн электрическим полем на границе раздела, неосновных носителей, возникающих под действием различныхWвnионизирующих факторов, в основномтеплового характера. Процесс переРис. 1.18. Зонная диаграмма обратного смещения p–n-перехода,броса неосновных носителей зарядаиллюстрирующая дисбаланс токовназывается экстракцией.

Этот токимеет дрейфовую природу и называется обратным током р–n-перехода.На рис. 1.18 изображена зонная энергетическая диаграмма, соответствующая обратному смещению p–n-перехода.Выводы:1. P–n-переход образуется на границе p- и n-областей, созданных в монокристалле полупроводника.2. В результате диффузии в p–n-переходе возникает электрическое поле  потенциальный барьер,препятствующий выравниванию концентраций основных носителей заряда в соседних областях.3. При отсутствии внешнего напряжения Uвн в p–n-переходе устанавливается динамическоеравновесие: диффузионный ток становится равным по величине дрейфовому току, образованному неосновными носителями заряда, в результате чего ток через p–n-переход становится равным нулю.4. При прямом смещении p–n-перехода потенциальный барьер понижается и через переходпротекает относительно большой диффузионный ток.5.

При обратном смещении p–n-перехода потенциальный барьер повышается, диффузионныйток уменьшается до нуля и через переход протекает малый по величине дрейфовый ток.Это говорит о том, что p–n-переход обладает односторонней проводимостью. Данное свойствошироко используется для выпрямления переменных токов.6. Ширина p–n-перехода зависит: от концентраций примеси в p- и n-областях, от знака и величины приложенного внешнего напряжения Uвн .

При увеличении концентрации примесей ширинаp–n-перехода уменьшается и наоборот. С увеличением прямого напряжения ширина p–n-переходауменьшается. При увеличении обратного напряжения ширина p–n-перехода увеличивается.1.7.3. Вольт-амперная характеристика р–n-переходаВольт-амперная характеристика p–n-перехода – это зависимость тока через p–n-переходот величины приложенного к нему напряжения.

Ее рассчитывают исходя из предположения, что электрическое поле вне обедненного слоя отсутствует, т.е. все напряжение приложено к p–n-переходу.Общий ток через p–n-переход определяется суммой четырех слагаемых:где I n др  qn p0  n дрI p  n  I n диф  I p диф  I n др  I p др ,– электронный ток дрейфа; I p др  qpn0  p дрI n диф  qn p n диф  q n диф n p 0 q p диф pn 0qU внe kTqU внe kT–электронный– дырочный ток диффузии; n p  n p0рованных в p-область; pn  pn0qU внe kTтокqU внe kT(1.15)– дырочный ток дрейфа;диффузии;I p диф  qpn  p диф – концентрация электронов, инжекти-– концентрация дырок, инжектированных в n-область.17А.В. Глазачев, В.П.

Характеристики

Список файлов учебной работы