5.5. Размеры р-n-перехода в состоянии равновесия

5.5.1. Ширина электронно-дырочного перехода в состоянии равновесия

(12)

где ε₀ = 8,85·10^–12 Ф/м – электрическая постоянная; ε – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника: ε_Ge = 16, ε_Si = 12, ε_GaAs = 13,1.

5.5.2. Размеры обедненных слоев р- и n-областей (δ_р0 , δ_n0) в состоянии равновесия зависят от концентраций донорных и акцепторных примесей:

, м. (13)

5.5.3. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии равновесия (при отсутствии внешнего электрического поля) – на рис.3. При построении диаграммы следует указывать численные значения энергий и других параметров. На рис.3 – ширина обедненного p-слоя меньше ширины n-слоя, в вашем расчете может быть и другое соотношение этих параметров.

5.6. Определение параметров перехода при подаче внешнего напряжения

5.6.1. При подаче внешнего напряжения высота потенциального барьера в идеальном p-n-переходе уменьшается при прямом включении и увеличивается при обратном (обратное напряжение берется со знаком «минус»):

. (14)

Уровень Ферми в пределах p-n-перехода смещается на величину поданного внешнего напряжения U. Равновесное состояние p-n-перехода нарушается, и через него преимущественно протекают либо диффузионные потоки основных зарядов (при U > 0), либо дрейфовые потоки неосновных зарядов (при U < 0).

Рис.3. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии равновесия

5.6.2. При подаче внешнего напряжения ширина электронно-дырочного перехода уменьшается при прямом включении и увеличивается при обратном

, м. (15)

5.6.3. Размеры обедненных слоев р- и n-областей (δ_р, δ_n ) зависят от концентраций донорных и акцепторных примесей:

, м. (16)

5.6.4. Энергетические диаграммы p-n-перехода при подаче внешнего напряжения – на рис. 4 и 5.

Wc = 0 WFp Wv = ΔW W

x

Рис.4. Энергетическая диаграмма p-n-перехода при подключении прямого напряжения

WFp – (–Wобр) – WFn = WFp – (–Wобр)

Рис.5. Энергетическая диаграмма p-n-перехода при подключении обратного напряжения

5.7. Определение емкости перехода

Суммарная ёмкость p-n-перехода C складывается из барьерной ёмкости C_б и диффузионной ёмкости C_д. Диффузионная ёмкость обусловлена неравновесными подвижными носителями заряда, накопленными во внешних (не обеднённых) частях p- и n-областей

, Ф (17)

где S – площадь перехода; L_p – диффузионная длина дырок проводимости;

L_n – диффузионная длина электронов проводимости.

Барьерная ёмкость обусловлена зарядами донорных и акцепторных ионов, располагающихся в обеднённом слое перехода,

. Ф (18)