Вопрос 7

Рисунок 11

Обозначим через собственную контактную разность потенциалов объединенного слоя. Если к p-n переходу подключить источник ЭДС, на клеммах которого будет напряжение U, то разность потенциалов на границах контактного слоя изменится. Включение p-n перехода в электрическую цепь, когда «+» источника присоединяется к p-области, а «-» к n-области называется прямым. Разность потенциалов контактного слоя в этом случае обозначается . Включение, при котором к p-области присоединяется «-» источника тока, а к n-области – «+» источника, называется обратным. Соответствующая разность потенциалов -

;

При прямом включении p-n перехода потенциальный барьер уменьшается, что приводит к увеличению диффузионного тока и уменьшению встречного дрейфового тока. Результирующий ток называется прямым, он совпадает с диффузионным.

При обратном включении p-n перехода потенциальный барьер увеличивается, что приводит к уменьшению диффузионного тока и увеличению дрейфового тока. Результирующий ток называется обратным и совпадает с дрейфовым током.

Таким образом, p-n переход, включенный в прямом направлении, пропускает электрический ток, а в обратном – не пропускает.

Вопрос 6

Рисунок 12 – ВАХ p-n перехода

1 – прямая ветвь; 2 – обратная ветвь при лавинном пробое; 3 – обратная ветвь при тепловом пробое; 4 – обратная ветвь при туннельном пробое.

Прямую и обратную ветви ВАХ изображают в различном масштабе, поскольку в нормальном режиме работы p-n перехода обратный ток на несколько порядков меньше прямого тока. При достижении обратным напряжением некоторой критической величины (Uпроб) происходит резкое уменьшение сопротивления p-n перехода. Это явление называют пробоем p-n перехода, а соответствующее ему напряжение – напряжением пробоя. Различают электрический и тепловой пробои. В свою очередь, электрический пробой бывает лавинным и туннельным.

Туннельный пробой возникает при большой напряженности электрического поля в тонком p-n переходе между высоколегированными полупроводниками в результате тунеллирования электронов из валентной зоны p-слоя в зону проводимости n-слоя. Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающаяся в том, что первоначальные свойства p-n перехода полностью восстанавливаются, если отключить источник ЭДС от перехода. Благодаря этому оба вида пробоя используются в качестве рабочих режимов в полупроводниковых диодах.

Эффект прохождения электрона сквозь узкий потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Для преодоления потенциального барьера валентные электроны должны получить энергию извне. Однако, как известно из курса физики, электроны могут просочиться сквозь узкий потенциальный барьер даже тогда, когда их энергия меньше высоты потенциального барьера. При тунеллировании электрон должен оставаться на одном и том же энергетическом уровне

Вопрос 8

В современных полупроводниковых приборах применяются также контакты между металлами и полупроводниками. Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, то есть от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выход, тем больше электронов может выйти из данного тела

Рисунок 17 – Контакт металла (М) с полупроводником

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис 17а) работа выхода электронов из металла Ам меньше, чем работа выхода из полупроводника, то будет преобладать выход электронов и металла. Поэтому в слове полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения. Такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис 17б). если работа выхода электронов из полупроводника меньше чем у металла.

Иные свойства имеет переход как на рисунке 17в. В этом случае электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и потому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямительными свойствами. Этот потенциальный барьер называется барьер Шотки, а полупроводниковые диоды называются диодами Шотки. В диодах Шотки отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов. Поэтому диоды обладают значительно более высоким быстродействием по сравнения с обычными p-n переходами. Аналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла с полупроводником p-типа при Ам < Ап.