21. Ширина области объемного заряда резкого p-n перехода.

Из непрерывности электрического поля на границе p-n перехода получаем: , , тогда . Полную ширину области объёмного заряда обозначим через . . , отсюда . Аналогично .Из условия непрерывности потенциала на границе p-n областей: . .

_.

То есть ширина области объёмного заряда (часто её называют шириной обеднённой области p-n перехода, шириной запорного слоя p-n перехода, или просто шириной p-n перехода) определяется степенью легирования p-n областей. Причём, чем больше степень легирования, тем уже область объёмного заряда. С уменьшением степени легирования, область объёмного заряда увеличивается. Связано это с тем, что область объёмного заряда создаётся неподвижными нескомпенсированными ионами примеси. Поэтому, чем больше степень легирования, тем меньше расстояние между ионами примеси, а большая плотность ионов определяет меньший объём, занимаемый зарядом Q, а, следовательно, и меньшее . Обеднённая зона – мало подвижных носителей. Запорный слой – поле против движения основных носителей. Так как объёмные заряды в p- и n- областях равны, то в случае несимметричного p-n перехода, то есть с резким отличием концентраций носителей, а значит и , равные заряды и будут занимать разные объёмы. Например, , тогда .

Ширина несимметричного p-n перехода

То есть в несимметричном p-n переходе ширина области объёмного заряда в основном определяется шириной высокоомной области. в зависимости от степени легирования может быть от сотых долей до десятков мкм. В современных полупроводниковых приборах и схемах обычно сравнима с толщиной p- и n- областей.

22. Особенности плавных p-n переходов.

- градиент концентрации имеет конечную величину. Плавные p-n переходы получают обычно методом диффузии в приповерхностный слой полупроводникового кристалла. При этом равномерно легированный, например, донорами, монокристалл полупроводника помещают в специальную диффузионную печь и при тем или иным способом осаждают атомы акцепторной примеси.

Рис. Осаждение атомов акцепторной примеси

При такой высокой температуре акцепторы достаточно быстро диффундируют вглубь проводника и в приповерхностном слое компенсируют донорную примесь. При этом приповерхностный слой инвертирует свою проводимость с n- на p- тип. В результате в глубине полупроводника образуется p-n переход. При диффузии концентрация акцепторов максимальна у поверхности полупроводника и спадает в глубине полупроводника примерно по экспоненциальному закону.

Изменение концентрации акцепторной и донорной примесей в плавном p-n переходе

Обычно, без большой погрешности, в малой окрестности границы раздела p-n областей изменение концентрации примеси считают линейным и описывают уравнением , , где - градиент концентрации примеси. Такой p-n переход считают плавным. Тогда напряженность поля будет от х зависеть как , соответственно потенциал . Аналогично случаю резкого p-n перехода можно получить , где - градиент концентрации.