|
|
Область напівпровідників на межі розділу двох структур, в якій за рахунок дифузії створився нескомпенсований об’ємний заряд, називається p-n переходом. Поява нескомпенсованих об’ємних зарядів приводить до зниження енергетичних рівнів в n- області і підвищення в р- області. Тобто, енергетичні діаграми кожного з напівпровідників почнуть зміщуватись, і цей процес зупиниться тоді, коли рівні Фермі WФn і WФр співпадуть. При цьому на межі розділення напівпровідників рівень Фермі буде проходити через середину забороненої зони. Фактично це означає, що в цій площині напівпровідник характеризується наявністю лише власної, бездомішкової провідності, тобто буде мати високий опір. Зміщена діаграма енергетичних рівнів при цьому буде мати вигляд, приведений на рис. 3.3. |
|
Рис. 3.3 |
Об’ємні заряди прикордонної області стають перешкодою на шляху переміщення основних носіїв з однієї області в іншу. Це приводить до того, що тільки носії великих енергій можуть подолати цю перешкоду, яка називається потенційним бар’єром. Як результат, знижується величина струму через бар’єр за рахунок дифузії. З іншого боку, поява об’ємних зарядів приводить до появи направленого електричного поля з потенціалом j0, який сприяє появі дрейфової складової струму. Зонна діаграма дає можливість визначити величину потенційного бар’єру:
|
|
(3.1) |
де Wip, Win – енергетичні рівні середини забороненої зони для напівпровідників р- і n-типів.
Враховуючи, що W= -qU, формула (3.1) з врахуванням формул (2.7), (2.8) може бути зображена у вигляді:
|
|
(3.2) |
тобто контактна різниця потенціалів залежить від відношення концентрації носіїв зарядів одного знаку.
Об’ємні заряди межі розподілу p- і n- структур, що створюють потенційний бар’єр j0, називаються p-n переходом. Особливість потенційного бар’єру полягає в тому, що його висота, потенціал j0, залежить від температури.
Оскільки вже при кімнатній температурі всі домішкові атоми іонізуються, то концентрація електронів в n- напівпровіднику буде визначатись концентрацією домішок Nn , тобто:
|
nn0 = Nn . |
(3.3) |
Аналогічно, для р- напівпровідника з концентрацією домішок NA :
|
pp0 = Np . |
(3.4) |
Враховуючи умову (3.4), можемо записати:
|
nn0 × pn0 = n i 2 , |
звідки, враховуючи (3.3) і (3.4), обчислюються концентрації неосновних носіїв в домішкових напівпровідникових структурах.
|
pn0 » ni2/ Nn ; np0 » ni2/ Np , |
(3.5) |
З врахуванням (3.5) формула (3.2) може бути зображена в вигляді:
|
j0= jТ ×ln(Nn×Np/ ni2), |
з якого витікає, що висота потенційного бар’єру однозначно визначається концентраціями домішок в напівпровідникових структурах.
Джерелом дрейфового струму являються неосновні носії p- і n- областей (позначені квадратами). Як результат, зменшення Iдиф приводить до зростання Iдр і появи усталеного режиму, наслідком якого є умова:
|
Iдр+ Iдиф = 0, |
якій відповідає величина потенційного бар’єру j0.
|
|
|
Рис. 3.4 |
Наочна форма описання роботи р-n переходу приведена в [ Шарупич ]. Вона ілюструється рис. 3.4. Для оцінки руху дірок і електронів в полі р-n переходу приймається, що дірки – це легкі повітряні кульки, які легко пливуть по потоку валентної зони (справа наліво), а електрони, що рухаються проти поля, зображаються у вигляді важких кульок, що скочуються по нахилу зони провідності. Основна маса дірок з р- шару дифундує зліва направо в область переходу, але не може подолати потенційний бар’єр і повертається в р- структуру. Дірки n- області, як повітряні кульки, легко спливають в р- області і створюють дрейфову складову струму через перехід. Аналогічна картина має місце при аналізі руху електронів.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
,
