1 1. Технологии получения и свойства p-n перехода в полупроводнике, зонная теория p-n перехода.

P-N переход (электронно-дырочный переход), переходная область между двумя частями одного полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая — дырочную (р-типа). Для всех типов переходов основным свойством является н есимметричная электропроводность, при которой в одном направлении кристалл пропускает ток, а в другом - не пропускает. Устройство электронно-дырочного перехода показано на рис 1. Одна часть этого перехода легирована донорной примесью и имеет электронную проводимость (N-область). Другая часть, легированная акцепторной примесью, имеет дырочную проводимость (Р-область).

12. Переход металл – полупроводник, его вольтамперная характеристика, способы улучшения линейности.

В современных полупроводниковых приборах применяются контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.

Рисунок 1 - Контакт металла с полупроводником n-типа

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 1) работа выхода электронов из металла A_M меньше, чем работа выхода из полупроводника A_n, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители заряда (электроны), и этот слой становится обогащенным. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения. Такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом. Подобный же невыпрямляющий диод получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 2), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла.

Р исунок - 2 Контакт металла с полупроводником p-типа

Р исунок 3 - Контакт металла с полупроводником n-типа

Иными свойствами обладает переход, показанный на рис. 3. Если в контакте металла с полупроводником n-типа A_n<A_M, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями, и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается довольно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно меняться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы именуются барьерами Шотки, а диоды с этим барьером - диодами Шотки. Диоды Шотки обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды.

13. Полупроводниковые диоды. Принцип работы, вольтамперные характеристики, частотные свойства. Работа диода при больших токах, область безопасной работы (обр).

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами – Анодом и Катодом). Принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Основное свойство - низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную

Принцип работы Концентрация электронов в n-области больше, чем в р-области, электроны стремятся диффундировать в р-область. Дырки стремятся перейти в n-область. При этом происходит перенос электрических зарядов, вследствие чего дырочная область заряжается.

Перемещение электронов и дырок в полупроводниковом диоде под действием внешнего напряжения: а — напряжение приложено в запорном направлении; б — напряжение приложено в пропускном направлении.

Однако и в состоянии равновесия через п-р-переход перемещаются электроны и дырки. Во-первых, вследствие теплового движения (возникает ток диффузии). Во-вторых, под действием контактной разности потенциалов в противоположную сторону будут перемещаться электроны из р-области, в которой они являются неосновными носителями зарядов, в п-область. По этой же причине дырки из п-области перемещаются в р-область. В результате возникает ток проводимости, создаваемый направленным движением неосновных носителей заряда.

Е сли приложить к диоду внешнее напряжение плюсом к n-области, а минусом к р-области, потенциальный барьер увеличится. Поэтому основные носители заряда не будут перемещаться через переход и ток диффузии прекратится. Для неосновных носителей заряда напряжение данной полярности не является препятствующим и их ток не прекратится. Этот ток называют обратным или током насыщения. Сила обратного тока мало зависит от приложенного напряжения и является практически постоянной. Обратный ток мал и равен десятым или даже сотым долям миллиампера.

Существенное влияние на работу полупроводниковых диодов оказывает также частота тока. Это объясняется наличием емкости у n-р-перехода и инерционностью диода. Существует зависимость: с увеличением частоты выпрямительные свойства полупроводниковых диодов ухудшаются.

Типы диодов по частотному диапазону:

1. Низкочастотные

2. Высокочастотные

3. СВЧ