Плотность дрейфового тока. Дырочный ток.

Рассмотрим отношение , :

Аналогично можно вывести формулу для электронно-дырочной составляющей.

Физический результат вывода формулы для дрейфового тока можно объяснить на основе условия непрерывности. В результате образовавшейся в плоскости L избыточной концентрации дырок туда устремляются основные носители – электроны, обнажая в n-п/п положительные ионы доноров.

В результате возникает э.п., которое заставляет дрейфовать по направлению к запирающему слою дырки. Там они подхватываются контактным полем и переходят в р-п/п, где происходят такие же процессы с электронами.

Таким образом, при приложении прямого напряжения к p-n-переходу наряду с диффузионным потоком дырок из p- в n-п/п и диффузионным потоком электронов из n- в p-п/п возникает встречный поток неосновных носителей (дырок из n- в p-п/п и электронов из p- в n-п/п) за счёт поля E_к.

ВАХ p-n-перехода

Если умножить все j на площадь p-n-перехода, то получим токи:

- диффузионные токи за счёт движения

основных носителей

- дрейфовые токи, обусловленные движением

неосновных носителей

I

I_пр

U

I_обр

P-n-переход под обратным внешним напряжением

Если к р-области приложить отрицательное внешнее напряжение, а к n-области положительное, то _к увеличится и через запирающий слой потечёт лишь ток, образованный перемещением неосновных носителей. При напряжении –0,5 В обратный ток равен току насыщения:

I_обр=I_нас=I_ps+I_ns

Все имеющиеся в п/п носители будут участвовать в создании дрейфового тока.

Диаграмма изменения потенциального барьера:

W p E_К n

E X

eφ_0p eφ_0K

p n W_с eφ_0n

W_А u

U W_Ф

ВЗ W_Д

2L W_В

Ширина запирающего слоя (зс)

Область существования контактного поля определяется пределами запирающего слоя 2L. Исходя из этого, L – это глубина проникновения э.п. в п/п.

Глубина проникновения э.п. в тело определяется уравнением Пуассона, связывающее E с q и :

 - объёмная плотность электрических зарядов, создающих э.п. Е.

=eN

X – расстояние от границы контакта

 - диэлектрическая проницаемость п/п

N – объёмная концентрация носителей заряда.

Проинтегрировав уравнение дважды от 0 до L, получим:

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, то вместо _к подставляем суммарную разность потенциалов. При приложении прямого напряжения ширина уменьшается, а обратного – увеличивается.

Различные виды переходов Несимметричный переход

Это переход, который образуется в p- и n-п/п с различной концентрацией примесей, т.е. с различной концентрацией основных и неосновных носителей.

Рассмотрим случай, когда концентрация акцепторов больше концентрации доноров.

N , P

P_p

N _p N _n

P _n x

- φ

+ φ x

E_К x

x

L_p L_n

На границе контакта возникает концентрация и , но поскольку , то диффузионное движение дырок из п/п p-типа в п/п n-типа более интенсивное, чем движение электронов обратно. Следовательно, диффузионная составляющая тока через переход определяется диффузионным потоком дырок. Поскольку P_n>N_p , то дрейфовая составляющая тока в основном определяется потоком дырок из n-п/п.

Условия равновесия для п/п:

Область, обеднённая дырками, значительно уже, чем область, обеднённая электронами. Следовательно, запирающий слой лежит в основном в высокоомной n-области. Поскольку N_а>N_д , то

При подключении внешнего напряжения равновесие нарушается. При прямом включении высота потенциального барьера уменьшается и течёт диффузионный ток. Величина этого тока определяется в основном движением дырок.

Такое преимущественное введение зарядов в п/п, в котором эти заряды будут неосновными носителями, называется инжекцией неосновных носителей.

При подключении обратного напряжения через несимметричный p-n-переход потечёт ток, обусловленный в основном движением дырок из n-области в p-область (ток насыщения). Форма p-n-перехода не изменяется.

В несимметричном переходе п/п с высокой концентрацией основных носителей называется эмиттером, второй п/п называется базой.

Переходы типа p-i, n-i, p-p⁺, n-n⁺.

W , U p i

eφ_K x

W _с eφ_0p eφ_0i

W _Ф

ВЗ W_В

N , P

P_p N_p N_i

x

При контакте p-i в результате разности концентраций P_p>N_i и N_i>N_p, возникает диффузия дырок в собственный п/п и электронов в п/п p-типа.

Разность потенциалов на переходе образуется за счёт ионов акцепторов в p-п/п и дырок в собственном

Запирающий слой в большей части находится в области собственного п/п, поскольку его удельное сопротивление больше.

Аналогичная картина получается при контакте высоколегированного п/п p⁺ с низколегированным p. Высота потенциального барьера меньше, поскольку меньше разность концентраций дырок.

Аналогично для n-n⁺.