4. Электронно-дырочный переход

4.1. Электрические переходы

Работа большинства полупроводниковых приборов основана на использовании электрического перехода. Электрический переход в полупроводнике – это граничный слой между двумя областями, физические характеристики которых существенно различаются.

Переходы между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности называют электронно-дырочными или p-n-переходами. Бывают симметричные и несимметричные p-n-переходы. В симметричных переходах концентрация электронов в полупроводнике n-типа n_n и концентрация дырок в проводнике p-типа р_p равны, т.е. n_n = р_p. Другими словами, концентрация основных носителей зарядов по обе стороны симметричного p-n-перехода равны. На практике используются, как правило, несимметричные переходы, в которых концентрация, например, электронов в полупроводнике n-типа больше концентрации дырок в полупроводнике p-типа, т.е. n_n > р_p, при этом различие в концентрациях может составлять 100 – 1000 раз. Низкоомная область, сильно легированная примесями (например, n-область в случае перехода n_n > p_p), называется эмиттером; высокоомная, слаболегированная (p-область в случае перехода n_n > p_p), – базой. Для случая, когда концентрация дырок в полупроводнике p-типа больше концентрации электронов в полупроводнике n-типа, т.е. p_p > n_n, эмиттером будет p-область, а базой n-область.

В зависимости от характера распределения примесей, обеспечивающих требуемый тип электропроводности в областях, различают два типа переходов: резкий (ступенчатый) и плавный (линейный). В резком переходе концентрация примесей на границе раздела областей изменится на расстоянии, соизмеримом с диффузионной длиной, в плавном – на расстоянии, значительно большей диффузионной длины. Лучшими выпрямительными (вентильными) свойствами обладают резкие p-n-переходы, которые и используют для получения диодов и транзисторов. Резкий p-n-переход соответствует сплавным переходам, плавный распространяется на переходы, полученные методом диффузии или методом выращивания из расплава.

В зависимости от площади p-n-переходы разделяются на точечные и плоскостные. Плоскостные переходы в зависимости от метода их изготовления бывают сплавными, диффузионными, эпитаксиальными и т.п.

Переходы между двумя областями с одним типом электропроводности (n- или p-типом), отличающиеся концентрацией примесей и соответственно значением удельной проводимости, называют изотипными переходами: электронно-электронными (n⁺-n-переход) или дырочно-дырочными (p⁺-p-переход). Термином n⁺- обозначают область с концентрацией электронов, большей n концентрации, а p⁺- – область с концентрацией дырок, большей p; следовательно, слои n⁺-, p⁺- имеют меньшее удельное сопротивление, поэтому большую удельную проводимость.

Переходы между двумя полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину зоны, называют гетеропереходами. Если одна из областей, образующих переход, является металлом, то такие переходы называют переходом металл-полупроводник, которые могут обладать вентильными свойствами или омическими.