Розділ III
Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу
|
|
Напівпровідникові прилади, які використовують властивості p-n переходу, називаються діодами. Як і будь-який електричний прилад, діод характеризується своєю вольт-амперною характеристикою (ВАХ), тобто залежністю струму від прикладеної напруги. В практиці використання діодів користуються двома типами ВАХ – ідеальною і реальною. Вигляд ідеальної ВАХ приводиться на рис. 3.1, а, а на рис. 3.1, б приводиться умовне зображення діода як компонента електронної техніки. Позначення електродів (анод-катод) є традиційним і походить від електронно-вакуумних ламп. Особливість такого приладу полягає в тому, що, відповідно до його ВАХ, при прикладанні прямої напруги (напруги, яка прикладається (+) до електрода, який називається анодом) він веде себе як замкнутий контакт електричної схеми і струм, що протікає через нього, визначається опором зовнішнього електричного кола (рис. 3.1, в). Якщо до анода прикладається зворотня напруга (тобто знаком (-) до анода (рис. 3.1, г)), то його поведінка визначається розімкнутим контактом електричного кола. З точки зору електричних схем, в яких працює діод, він є нелінійним приладом, і при дії постійних чи змінних напруг на коло з діодом його необхідно розглядати електричну схему з нелінійним елементом, використовуючи відповідні методи розрахунку таких кіл. Реальні діоди мають більш складні ВАХ, особливості яких обов’язково необхідно враховувати при проектуванні електричних і електронних кіл. |
|
Рис. 3.1 |
3.1. Електричні переходи
Електричні переходи в напівпровіднику – це пригранична межа між двома областями, фізичні характеристики яких суттєво відрізняються.
Розділяють переходи між напівпровідниками різних типів провідності,з одним типом провідності, між напівпровідником і металом. Перші з них називають електронно-дірковими переходами, або p-n переходами.
Переходи між матеріалами одного типу провідності з різними концентраціями основних носіїв називають електронно-електронними (наприклад, n+ -n перехід, або, відповідно, p+ -p перехід), причому знак (+) говорить про те, що концентрація носіїв в одному з напівпровідників значно перевищує концентрацію в іншому. Такі переходи мають різну ширину забороненої зони і називаються гетеропереходами.
3.1.1. Електронно-дірковий перехід та його властивості
Вище відмічалось, що напівпровідники, які мають концентрацію домішкових носіїв, значно більшу, ніж власних, в робочому діапазоні температур, називаються виродженими. Вироджені напівпровідники на енергетичній зонній діаграмі мають зміщені рівні Фермі в відповідності до формул (2.5), (2.6.) (рис. 3.2, а, б).
Рис. 3.2
Зміщення рівня Фермі в ту чи іншу сторону відносно середини забороненої зони говорить про зростання провідності напівпровідника.
Більшість напівпровідникових приладів використовують властивості, які проявляються при поєднанні двох шарів, один з яких має електронну (n- типу) провідність, а другий – діркову (p- типу). На практиці найбільше розповсюдження мають несиметричні p-n структури, в яких p- структура має більшу концентрацію основних носіїв, ніж n. Як приклад, на рис. 3.2, а приводиться p-n напівпровідникова структура, а на рис. 3.2, б – діаграма розподілення концентрацій основних (pP і nn) та неосновних (nP і pn) носіїв відповідно в p-і n- структурах. Таке поєднання напівпровідникових структур приводить до того, що по лінії розподілу а-а будуть мати місце градієнти концентрацій як дірок pP - pn, так і електронів nn - nP.
Як відмічалось раніше, під дією різниці концентрацій почнеться дифузійне переміщення носіїв. Дірки з p- структури почнуть переміщуватись в n- область, а електрони з n- області – в р- область, тобто появляються дві складові дифузійного струму (рис. 3.2, а, верхні стрілки). Все це створює дифузійний струм Iдиф. Дірки, переходячи з p- області через лінію розподілу а-а, рекомбінують з електронами n- області, а електрони n- області, переходячи в р- область, рекомбінують з дірками р- області.
В зв’язку з тим, що основні носії залишають прикордонні області і їх концентрація знижується, це приводить, в відповідності з (2.4), до зростання носіїв протилежного знаку, що і відображається кривими розподілу концентрацій на рис. 3.2, б.
В той же час переміщення основних p- і n- носіїв з своїх нейтральних напівпровідникових структур приводить до того, що за рахунок нерухомих іонів в p- області створюється нескомпенсований від’ємний об’ємний заряд, а в n- області – аналогічний позитивний заряд (рис. 3.2, а), причому обидва ці заряди будуть розміщуватися біля межі а-а (рис. 3.2, в).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
