1. Электронно-дырочный переход (p-n переход)
Комбинация двух полупроводниковых слоев с разным типом проводимости (р-дырочной и п- электронной) обладает выпрямляющими свойствами: она гораздо лучше пропускает ток в одном направлении, чем в другом. Полярность напряжения, соответствующая большим токам, называется прямой, а меньшим – обратной. Обычно пользуются терминами прямое и обратное напряжение, прямой и обратный ток. Поверхность, по которой контактируют р- и n-слои, называется металлургической границей, а прилегающая к ней область объемных зарядов – электронно-дырочным переходом или p-n переходом.
2. Ступенчатые и плавные р-n переходы
Электронно-дырочные переходы классифицируют по резкости металлургической границы и соотношению удельных сопротивлений слоев.
Ступенчатыми переходами (коэффициент плавности перехода m=0.5, в EWB имеет обозначение М) называют переходы с идеальной границей, по одну сторону которой находятся дырки, а по другую — электроны. Такие переходы наиболее просты для анализа и поэтому все реальные переходы стараются, если возможно, рассматривать как ступенчатые.
Плавными переходами (m=0,333) называют такие, у которых в области металлургической границы концентрация одного типа примеси постепенно уменьшается, а другого типа — растет. Сама металлургическая граница в этом случае соответствует равенству концентраций примесей. Все реальные р-n-переходы — плавные, степень их приближения к ступенчатым зависит от градиента эффективной концентрации в районе металлургической границы.
3. Симметричные, несимметричные и односторонние р-n переходы
По соотношению концентраций примесей в р- и n-слоях переходы делятся на симметричные, несимметричные и односторонние. Симметричные переходы у которых концентрации примесей примерно одинаковы, не типичны для полупроводниковой техники. Основное распространение имеют несимметричные переходы, у которых концентрации примесей не одинаковы. В случае резкой асимметрии, когда концентрации примесей (а значит, и основных носителей) различаются на один-два порядка и более, переходы называют односторонними.
4. Вольтамперная характеристика р-n перехода
Вольтамперная характеристика р-n-перехода описывается выражением:
(1)
где I — ток через переход при напряжении U, Iо — обратный ток, Ut — температурный потенциал перехода, равный при комнатной температуре 26 мВ.
5. Пробои р-n перехода
Если к переходу подключить обратное напряжение, то при определенном его значении переход пробивается. Это явление называют пробоем. Различают три вида пробоя: туннельньй, лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе, а третий — с увеличением рассеиваемой мощности и, соответственно, температуры.
В основе туннельного пробоя лежит туннельный эффект, т.е. «просачивание» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер перехода.
В основе лавинного пробоя лежит «размножение» носителей в сильном электрическом поле, действующем в области перехода. Электрон и дырка, ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из ковалентных связей полупроводника. В результате рождается новая пара электрон-дырка, и процесс повторяется уже с участием новых носители. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей в среднем порождает более одной новой пары, ионизация приобретает лавинный характер, подобно самостоятельному разряду в газе. При этом ток будет ограничиваться только внешним сопротивлением. Явление пробоя находит практическое применение в стабилитронах — приборах, предназначенных для стабилизации напряжения.
В основе теплового пробоя лежит саморазогрев перехода при протекании обратного тока. С ростом температуры обратные токи резко возрастают, соответственно увеличивается мощность, рассеиваемая в переходе: это вызывает дополнительный рост температуры и т.д. Как правило, тепловой пробой не имеет самостоятельного значения: он может начаться лишь тогда, когда обратный ток уже приобрел достаточно большую величину в результате лавинного или туннельного пробоя.
6. Емкости р-n перехода
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
