1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 48

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

Текст из файла (страница 48)

В реальных переходах А х > 0 и переход называютрезким в том случае, если область объемного заряда (ширина за­пирающего слоя I) много больше области Ах.' Плавный переход. На практике нередко встречаются переходы,для которых область Ах сравнима по величине с областью объем­ного заряда шириной I. Такие переходы называют плавными.Плавные переходы обычно получаются при их изготовлении путемодно- или двусторонней диффузии примесей в кристалл п ол уп ро­водника.Для симметричного плавного перехода выражение (10-24) при­нимает вид:‘- VтшТщ1[ {¡X¿X )<i0-55,Несимметричный р-п переход.

Такой переход образуется пол у­проводниками с различными концентрациями примесей, а следо­вательно, с различными концентрациями основных и неосновныхносителей зарядов. Если концентрации основных носителей отли­чаются более чем на порядок, то такой переход называют односто­ронним .На рис. 10-6 показаны приближенные кривые концентрации но­сителей зарядов, а также кривые изменения потенциалов, напря­женности поля и концентрации неподвижных зарядов.Рис. 10-7. Энергетическая диаг­рамма р-1 перехода при равно­весии (а) и концентрация подвиж­ных носителей зарядов (б).Рис.10-6.Несимметричный р -ппереход.а — концентрация подвижных носителей зарядов; б — распределение п о­поля;тенциала; в — напряженностьг — концентрациянеподвижных за*.рядов.Вследствие тогочто<1п<1х <диффузионноедвижениедырок из р-области в п-область значительно интенсивней диффу­зионного потока электронов в обратном направлении.

Поэтомупрямой ток через переход в основном определяется потоком дырокнз р-области в гс-область, а обратный ток — потоком дырок из«-полупроводника в р-полупроводник (р п > П р ) .У словие равновесия в отсутствие внешнего напряжения попрежнему имеет вид (10-5), но поскольку Ь р >ц / др > / д„,его можно записать в видеПоскольку 7Уа > N я, поле проникает в ?г-полупроводник набольшую глубину: 1п > 1Р. Для определения ширины запирающегослоя в резком несимметричном переходе можно воспользоватьсявыражением (10-24), положив Ыа + N n ж А^:1^ 5 *2 «.(10-57)Для плавного несимметричного перехода выражение (10-55)принимает вид:(10‘ 58)Подключение внешнего напряжения, как и в случае симметрич­ного перехода, нарушает равновесие.

При прямом включении внеш­ней батареи высота потенциального барьера уменьшается п течетпрямой ток, который определяется в основном движением дырокиз р-области в ге-область.При включении батареи в обратной полярности через несим­метричный р -п переход течет обратный ток насыщения неосновныхносителей, обязанный движению главным образом дырок из пв р-область.Несимметричные р -п переходы наиболее широко используютсяв полупроводниковых приборах. Полупроводник с высокой кон­центрацией основных носителей называют эмит т ером, а второйполупроводник — базой.Переходы типа р-г; ?г-г; р +-р и п+-п.

На рис. 10-7 показаныэнергетическая диаграмма и изменение концентраций в областизапирающего слоя р-г перехода. При контакте таких полупровод­ников 1^ результате разности концентраций (р р > р-х и п ъ > п р)возникает диффузия дырок в собственный полупроводник и элект­ронов — в р-полупроводник.

Разность потенциалов на переходеобразуется за счет ионов акцепторов в р-полупроводнике и, в от­личие от обычного р -п перехода, дырок в собственном полупро­воднике. Запирающий слой простирается больш ей частью в об­ласть собственного полупроводника, так как его удельное сопро­тивление выше.Почти аналогичная картина получается при контакте высоколе­гированного р полупроводника со слаболегированным (р+-р пере­ход). В этом случае высота потенциального барьера будет не­сколько ниже, чем в р-1 переходе, так как разность концентра­ций дырок меньше.Переход металл — п -полупроводник. Предположим, что кон­такт осуществляется между металлом и /г-полупроводпиком, ра­бота выхода которого меньше работы выхода электронов из металла(ец>оп < «Ре). Энергетические диаграммы до контакта и в состоя­нии равновесия при контакте показаны на рис. 10-8.

Посколькус Фон <С еФо> электроны при контакте из зоны проводимости п-но-лупроводника переходят в металл, заряжая его отрицательно.В прикоитактной области ^-полупроводника образуется слой,обедненный основными носителями и несущий нескомпенсированный положительный заряд ионов доноров. Образующееся приконтактное поле § и препятствует дальнейшему движению электроновв металл. Это поле отталкивает свободные электроны (в зоне про­водимости) и втягивает в приконтактную область дырки (в валент­ной зоне).

П ри равновесии уровни Ферми металла и полупровод­ника выравниваются. Образовавшийся запирающий слой лежитРис. 10-8. Энергетические диаграммы металла и ге-полупроводнинаРис. 10-9. Энергетические диаг­раммы металла и р-полунроводника.а — до контакта; б — образование за-а — до контакта; б — образование за-пираю щ его сл оя при контакте.пирающего слоя при контакте.в основном в толще полупроводника, так как его удельное сопро­тивление значительно выше.При подключении внешней батареи в прямом направлении по­тенциальный барьер снижается, сопротивление запирающего слояуменьшается и через переход течет ток, обязанный перемещениюэлектронов в металл.

При подключении обратного напряженияпотенциальный барьер повышается, но под действием увеличив­шегося поля на переходе возможно движение дырок в металл.Этот ток мал, так как концентрация неосновных носителей в «-по­лупроводнике невелика. Таким образом, такой переход такжеобладает униполярными — выпрямляющими свойствами.Переходы металл — полупроводник называют также барьерамиШ оттки.Переход металл — р -полупроводник. Рисунок 10-9 иллюстри­рует контакт металла с р-полупроводником, работа выхода кото­poro больше, чем у металла (e<pnp > £фо)- В этом случае такжевозникает запирающий слой, лежащий в р-полупроводнике. Элек­троны, переходя из металла в р-полупроводник, заряжают егоотрицательно.

Образующееся контактное поле препятствует даль­нейшему переходу электронов и вытесняет из запирающего слоядырки. Этот переход также обладает униполярными свойствами,так как при подключении прямого напряжения увеличиваетсяпоток электронов из метадла, а при подключении обратного на­пряжения течет лишь ток, обязанный движению неосновных носи­телей заряда — электронов из р-полупроводника в металл. Плот­ность этого тока невелика.Образование инверсного слоя.

Картина перехода несколькоменяется, если разность работ выхода металла и полупроводникавелика. На рис. 10-10 показана энергетическая диаграмма пере­хода металл — гс-полупроводник для случая, когда «р0еф0„.Искривление границ энергетических зон и-полупроводникав результате значительной величины е ц и настолько значительно,что Ъ некоторой части 1п запирающего слоя образуется слой р-п ро­водимости — инверсный слой.

Об этом свидетельствует расположе­ние уровня Ферми ниже середины запрещенной зоны, что харак­терно для р-полупроводпиков. Образование инверсного слоя объяс­няется недостатком свободных электронов в п-полупроводиикедля достижения равновесного состояния. Равновесие достигаетсяза счет перехода в металл части валентных электронов, что,естественно, сопровождается избытком в приконтактной областидырок.

Таким образом, в рассмотренном случае в приконтактнойобласти образуется плавный р -п переход.Аналогичное явление наблюдается при контакте металлас р-полупроводником, если е<р0еср0р.Омический переход. В случае контакта металла с «-п ол уп р о­водником при условии, что есрп < еф0„, или же в случае контактаметалла с р-полупроводником, когда есрп > еср0р, вблизи границыобразуется слой с повышенной концентрацией основных носите­лей. Тарой переход, обладающий повышенной по сравнению с объе­мом полупроводника удельной проводимостью, называют омиче­ским, так как он не обладает униполярными свойствами. Приподключении прямого или обратного напряжения изменяетсялишь степень обогащения основными носителями приконтактногослоя.Подобные переходы используются при осуществлении электри­ческих выводов от областей полупроводников, образующих р -п пе­реход.Гетеропереход — это переход, образованный двумя полупровод­никами с запрещенными зонами различной ширины.

Такие пере­ходы получают с помощью специальных технологических операций(эпитаксиального выращивания из газовой фазы, вакуумного рас­пыления одного полупроводника н осаждения его на другойполупроводник и др.).Вследствие различных параметров кристаллической решеткидвух полупроводников на их границе образуются различные де­фекты, которые м огут рассматриваться как центры захвата, ре­комбинации н генерации носителей заряда.Различие в ширине запрещенных зон двух контактирующихв гетеропереходе полупроводников приводит к разрывам границэнергетических зон на переходе. Энергетические диаграммы не­которых гетеропереходов показа­ны на рис. 10-11. Границы энер­гетических зон вблизи контактаискривляются в зависимости отРпс.

10-10. О бразование инверсногослоя при контакте металл /г-полу­проводник.Рпс. 10-11. Энергетические диаг­раммы гетеропереходов.а — при контакте р-гермаиия и п-арсенида галлия; б — при контакте р-гер­мания и р-арсеиида галлия.обеднения или обогащения прикоптактных областей носителямизаряда, а расстояния от границ зон до уровня Ферми зависят отконцентрации граничных состояний. Энергетические зазорымежду соответствующ ими границами зон сохраняются такимиж е, как и до контакта.При воздействии внешнего напряжения равновесие нарушаетсяи через переход течет ток.

Характеристики

Список файлов книги