14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийленного в p–n-переходе заряда к обусловившему это изменение приложенному внешнему напряжению.Различают барьерную (или зарядную) и диффузионную ёмкость р-n-перехода.Барьерная ёмкость соответствует обратновключенному p–n-переходу, который рассматриваетсякак обычный конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненныйслой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями: S(1.19)Cбар  0 ,где  – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала; 0 – электриCбар , пФФческая постоянная ( 0  8,86  1012 ); S – площадьмp–n-перехода;  – ширина обеднённого слоя.20Барьерная ёмкость возрастает при увеличении площади p–n-перехода и диэлектрической про10ницаемости полупроводника и уменьшении шириныобедённого слоя.

В зависимости от площади перехода Сбар может быть от единиц до сотен пикофарад.0U обр , В  40  30  20  10Особенностью барьерной ёмкости является то, чтоРис. 1.22. Зависимость барьерной ёмкостиона является нелинейной ёмкостью. При возрастанииот обратного напряженияобратного напряжения ширина перехода увеличиваетсяи ёмкость Сбар уменьшается. Характер зависимости Сбар  f U обр показывает график на рис.

1.22. Каквидно, под влиянием U проб ёмкость Сбар изменяется в несколько раз.Диффузионная ёмкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в n- иp-областях при прямом напряжении на переходе. Она практически существует только при прямомнапряжении, когда носители заряда диффундируют (инжектируют) в большом количестве через пониженный потенциальный барьер и, не успев рекомбинировать, накапливаются в n- и p-областях. Каждому значению прямого напряжения соответствуют определенные значения двух разноименных зарядов  Qдиф и Qдиф , накопленных в n- и p-областях за счет диффузии носителей через переход.Ёмкость Сдиф представляет собой отношение зарядов к разности потенциалов:С диф QдифU пр.(1.20)С увеличением U пр прямой ток растет быстрее, чем напряжение, т.к. вольт-амперная характеристика для прямого тока имеет нелинейный вид, поэтому Qдиф растет быстрее, чем U пр и Сдиф увеличивается.Диффузионная ёмкость значительно больше барьерной, но использовать ее не удается, т.к.

онаоказывается шунтированной малым прямым сопротивлением p–n-перехода. Численные оценки величины диффузионной ёмкости показывают, что ее значение доходит до нескольких единиц микрофарад.Таким образом, р–n-переход можно использовать в качестве конденсатора переменной ёмкости,управляемого величиной и знаком приложенного напряжения.1.7.6. Контакт «металл – полупроводник»В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с p–n-переходом применяютсяконтакты «металл – полупроводник».Контакт «металл – полупроводник» возникает в месте соприкосновения полупроводникового кристалла n- или р-типа проводимости с металлами.

Происходящие при этом процессы определяются соотношением работ выхода электрона из металла Aм и из полупроводника Aп . Под работой выхода электрона пони-21А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекциймают энергию, необходимую для переноса электрона с уровня Ферми на энергетический уровень свободного электрона. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.В результате диффузии электронов и перераспределения зарядов нарушается электрическаянейтральность прилегающих к границе раздела областей, возникает контактное электрическое поле иконтактная разность потенциалов A  Ап конт  м.(1.21)qПереходный слой, в котором существует контактное электрическое поле при контакте «металл –полупроводник», называется переходом Шоттки, по имени немецкого ученого В.

Шоттки, которыйпервый получил основные математические соотношения для электрических характеристик таких переходов.Контактное электрическое поле на переходе Шоттки сосредоточено практически в полупроводнике, так как концентрация носителей заряда в металле значительно больше концентрации носителейзаряда в полупроводнике. Перераспределение электронов в металле происходит в очень тонком слое,сравнимом с межатомным расстоянием.В зависимости от типа электропроводности полупроводника и соотношения работ выхода в кристалле может возникать обеднённый, инверсный или обогащённый слой носителями электрическихзарядов.1.Aм  Ап ,Aм  AпAп  Aмполупроводник nтипа (рис.

1.23, а). ВnpMMданном случае будетпреобладатьвыход электроновиз металла ( M ) вполупроводник,бапоэтому в слое поРис. 1.23. Контакт «металл – полупроводник», не обладающий выпрямляющим свойствомлупроводника около границы разделанакапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т.е. имеющимповышенную концентрацию электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход не обладает выпрямляющим свойством. Его иначе называют невыпрямляющим переходом.2. Aп  Ам , полупроводник p-типа (рис. 1.23, б). В этом случае будет преобладать выход электронов из полупроводника в металл, при этом в приграничном слое также образуется область, обогащенная основными носителями заряда (дырками), имеющая малое сопротивление. Такой переходтакже не обладает выпрямляющим свойством.3.

Aм  Ап ,Aм  АпAп  АмполупроводникpnMMn-типа (рис. 1.24,а). При такихусловиях электроны будут переходить главным образом изабполупроводникаРис. 1.24. Контакт «металл – полупроводник», обладающий выпрямляющим свойствомв металл и в приграничном слоеполупроводника образуется область, обедненная основными носителями заряда и имеющая большоесопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет22А.В. Глазачев, В.П.

Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийсущественно зависеть от полярности приложенного напряжения. Если Aп  Ам , то возможно образование инверсного слоя (p-типа). Такой контакт обладает выпрямляющим свойством.4. Aп  Ам , полупроводник p-типа (рис. 1.24, б). Контакт, образованный при таких условиях обладает выпрямляющим свойством, как и предыдущий.Отличительной особенностью контакта «металл – полупроводник» является то, что в отличие отобычного p–n-перехода здесь высота потенциального барьера для электронов и дырок разная.В результате такие контакты могут быть при определенных условиях неинжектирующими, т.е.при протекании прямого тока через контакт в полупроводниковую область не будут инжектироваться неосновные носители, что очень важно для высокочастотных и импульсных полупроводниковых приборов.1.7.7. Контакт между полупроводниками одного типа проводимостиОбласти вблизи контакта полупроводников с одним типом проводимости, но с различной концентрацией примесей, обычно обозначаютp  – p или n  – n -переход, причемзнаком «  » обозначают полупроводник с большей концентрациейпримесей.

На рис. 1.25 приведенEдиф_ p----------p------------------------------------Рис. 1.25. Переход между двумя областями с одним типомэлектропроводности, отличающимися значениями концентрации примесейпример контакта p   p , где обе области полупроводника обладают электропроводностью р-типа.Процессы вблизи такого контакта аналогичны происходящим в р–n-переходе, т.е. носители изобласти с большой концентрацией переходят в область с меньшей концентрацией, в результате чего в области p  возникает объемный заряд из нескомпенсированных зарядов ионов примеси, а в области p –объемный заряд из избыточных носителей – дырок, перешедших из области p  . Появление объемныхэлектрических зарядов приводит к образованию диффузионного электрического поля Eдиф и контактнойразности потенциалов.

Но в отличие от обычных р–n-переходов здесь отсутствует запирающий слой, таккак здесь не может быть области с концентрацией меньшей, чем в слаболегированном полупроводнике.Поэтому такие контакты вентильным свойством не обладают, но зато в них при любой полярности приложенного напряжения не происходит инжекции из низкоомной области в высокоомную, что является важным для некоторых типов полупроводниковых приборов. Аналогичные процессы протекают в контактеn – n .1.7.8. ГетеропереходыГетеропереходом называют переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками, обладающие различной шириной запрещенной зоны.Для получения гетеропереходов хорошего качества необходимо, чтобы у материалов, образующих переход с высокой точностью, совпадали два параметра: температурный коэффициент расширения и постоянная кристаллической решетки, что ограничивает выбор материалов для гетеропереходов. В настоящее время наиболее исследованными являются пары: германий – арсенид галлия( Ge  GaAs ), арсенид галлия – фосфид индия ( GaAs  InP ), арсенид галлия – арсенид индия( GaAs  InAs ), германий – кремний ( Ge  Si ).Каждый из полупроводников, образующих гетеропереход, может иметь различный тип электропроводности.

Поэтому для каждой пары полупроводников, в принципе, возможно осуществить четыретипа гетероструктур: p1  n2 ; n1  n2 ; n1  p2 и p1  p2 .При образовании гетероперехода из-за разных работ выхода электронов из разных полупроводников происходит перераспределение носителей заряда в приконтактной области и выравниваниеуровней Ферми в результате установления термодинамического равновесия (рис.

1.26). Остальные23А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийэнергетические уровни и зоны должны соответственно изогнуться, т.е. вqкqкгетеропереходе возникают диффузионное поле и контактная разность потенциалов. При этом энергетическийПБЭпотолок верхней свободной зоныWFWFдолжен быть непрерывным.

Энергетический уровень потолка верхней своПБДбодной зоны является энергетическимуровнем потолка зоны проводимости,т.к. свободные энергетические зоныперекрывают друг друга.Ширина энергетических зон различныхполупроводников различна.aбПоэтому на границе раздела двух поРис. 1.26. Зонные энергетические диаграммы гетеропереходов:а – выпрямляющий гетеропереход между полупроводниками p- и n-типалупроводников получается обычнос преимущественной инжекцией электронов в узкозонный полупроводник;разрыв дна проводимости. Разрыв днаб – выпрямляющий гетеропереход между полупроводниками n-типазоны проводимости определяетсябез инжекции неосновных носителей зарядаразличием энергий сродства к электрону двух контактирующих полупроводников (энергия сродства к электрону – разница энергий потолка верхней свободной зоны и дна проводимости).В результате разрывов дна зоны проводимости и потолка валентной зоны высота потенциальныхбарьеров для электронов и дырок в гетеропереходе оказывается различной.

Характеристики

Список файлов учебной работы