2.1.2 Электронно - дырочный переход (р - n переход).
2.1.2.1 Процессы в p- n переходе при отсутствии внешнего источника.
(изолированный p- n переход)
Электронно – дырочным или p – n переходом называют область на границе полупроводника с различным типом проводимости.
Его получают вплавлением или диффузией соответствующих примесей в монокристаллы полупроводника.
Рассмотрим процессы в изолированном p – n переходе при одинаковой концентрации дырок и элементов в p и n областях:
эпюра напряжений
а) вследствие наличия градиента концентрации носителей зарядов начинается встречное движение электронов и дырок. диффузионный ток ОНЗ – jдиф. ОНЗ.
б) электроны и дырки, переходя в соседние области рекомбинируют – концентрация основных носителей в пограничных областях снижается, т.е. на границе полупроводника с различным телом проводимости образуется
слой, бедный ОНЗ и близкий по проводимости к диэлектрику. б – изолирующий слой (запирающий).
в) по краям изолированного слоя в области n сосредотачиваются положительно заряженные ионы донорной примеси (неподвижные узлы кристаллической решётки – атомы, получившие положительную ионизацию, а в области p – отрицательно заряженные ионы акцепторной примеси(атомы присоединившие элементы)).
г) между противоположными зарядами возникает внутреннее электрическое поле Евнутр., силовые линии которого направлены из n к p.
д) Евнутр препятствует диффузионному движению ОНЗ. jдиф. снижается.
е) Евнутр способствует движению через p – n переход
ННЗ дрейфовый ток ННЗ ^ ; jдрейф ^ - направление ротивоположное jдиф
ж) Поскольку в изолированном полупроводнике плотность тока = 0 – наступает динамическое равновесие: jдиф.онз – jдрейф.онз = 0
з) в p-n переходе устанавливается контактная разность потенциалов (потенциальный барьер). Uконт ,которая определяется концентрацией примесей в n и p областях, чем > Uконт, тем более широкую полосу по кидают ОНЗ на границе.
2.1.2.2 Прямое включение p – n перехода.
противоположно Eвнутр
а)контурная разность потенциалов снижается : Uрез=Uконт –Uпр ; и результ. поле в переходе снижается Ерез= Eвнутр – Eвнеш .
б)в результате ослабления результ. поля ОНЗ приближ. к р-п переходу, концентр. И градиент концентр.. растёт.
в)ширина изолированного слоя б уменьшается
г)возрастает Iдиф. и Iпрямой. Переход ОНЗ через потенциальный барьер в ту сторону, где он становится ННЗ называется инжекцией.
д)Iдрейф. по сравнению с Iдиф.ничтожно малое.
2.1.2.3 Обратное включение р-п перехода.
а)Пот. барьер и рез. поле увеличиваются:
Uрез=Uвн+Uвнутр; Ерез=Евн+Евнутр
б)ОНЗ отодвигается от р-п перехода а ННЗ приближается.
в) б увеличивается
г)диффузионный ток ОНЗ прекращается.
д)под действием Ерез. возникает дрейфовый ток ННЗ через р-п переход и обратный ток Iобр во внеш.цепи. Так как конц. ОНЗ в 10 раз выше ННЗ, то Iобр<<Inp.
2.1.2.4 Вольт – амперная характеристика р-п перехода.
Характеристика идеального р-п перехода:
I=I0 (eeU/kT - 1)
I0- обратный ток р-п перехода
е – основание натурального логарифма
U – напряжение, приложенное к р-п переходу
е – заряд электрона
к – постоянная Больцмана
Т – абсолютная температура
Прямая ветвь: Inp= I0e40U для Т=300 К
Обратная ветвь: Iобр= -Io.
При достижении Uобр определяем U, р-п переход пробивается. - 2 вида пробоя : 1)электронный ; 2)тепловой
1. электронный пробой – лавинообразное увеличение обратного тока вследствие ударной ионизации атомов кристаллической решётки быстрыми носителями заряда и отрывом валентных элементов. – образуется пара электрон – дырка, процесс происходит лавинообразно. Обратим: Если не обеспечен теплоотвод, электронный пробой может перейти в тепловой (необратимый) - интенсивная термогенерация носителей заряда:
при t°≥100-150 с и t°≤-60-70c р-п переход теряет свои свойства.
Т.о. ВАХ р-п перехода позволяет рассмотреть его, как нелинейный элемент, сопротивление которого резко изменяется в зависимости от направления и величины приложенного U. т.е.р-п переход обладает свойством односторонней проводимости.