12. Что такое контактная разность потенциалов и от чего она зависит?

Контактная разность потенциалов — это разность потенциалов между проводниками, возникающая при соприкосновении двух различных проводников, имеющих одинаковую температуру.

Она зависит от строения проводника и от состояния его поверхности. Поэтому К. р. п. можно изменять обработкой поверхностей (покрытиями, адсорбцией и т. п.), введением примесей (для полупроводников) и сплавлением с др. в-вами (в случае металлов).

13. Нарисуйте энергетическую диаграмму несимметричного p-n перехода в равновесном состоянии.

p-n-Переход (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

В условиях равновесия p-n перехода, когда отсутствует внешнее напряжение, энергия Ферми одинакова для любого объема полупроводника, что приводит к горизонтальности положения уровня Ферми на энергетической диаграмме, представленной на рис.3.

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

На рис. 3 обозначено:

, - основные носители заряда; - неосновные носители заряда; Wп - энергетический уровень дна зоны проводимости; WF - энергетический уровень Ферми; Wср - энергетический уровень середины запрещенной зоны; Wв - энергетический уровень потолка валентной зоны; Wз - энергия, соответствующая ширине запрещенной зоны. Уровень Ферми в полупроводнике p-типа расположен вблизи энергетического уровня потолка валентной зоны, а в полупроводнике n-типа - вблизи энергетического уровня дна зоны проводимости, причем уровень Ферми ближе расположен к энергетическому уровню потолка валентной зоны, чем к энергетическому уровню дна зоны проводимости, из-за того, что Nа>>Nд. У изолированных p- и n-областей энергии Ферми неравны, поэтому при объединении областей в единый кристалл полупроводника на основании фундаментального свойства уровня Ферми (gradWF=0) происходит смещение энергетических уровней n-области относительно энергетических уровней p-области, как и показано на рис. 3.

14. Нарисуйте энергетическую диаграмму прямосмещенного p-n перехода.

15. Как зависит ширина p-n перехода от концентрации примеси и от приложенного напряжения?

Ширина обратносмещенного p-n перехода определяется по формуле:

.

Приближенная запись для l_обр оправдана, так как Uобр>>_к. Из формулы для l_обр видно, что p-n переход расширяется нелинейно с увеличением приложенного напряжения Uобр: вначале более быстро, затем расширение p-n перехода замедляется.

16. Что такое инжекция носителей заряда?

Инжекцией называется процесс нагнетания носителей заряда в полупроводник, для которого они являются неосновными носителями заряда.

1 7. Нарисуйте энергетическую диаграмму обратносмещенного p-n перехода.

18. Что такое экстракция носителей заряда?

Экстракцией называется извлечение неосновных носителей заряда из областей, примыкающих к p-n переходу, под действием ускоряющего электрического поля.

19. Запишите выражение для вольтамперной характеристики идеального p-n перехода.

Под прямой ветвью ВАХ реального p-n перехода понимается зависимость прямого тока перехода от величины прямого напряжения: Iпр=f(Uпр), которая описывается выражением:

(Есть только реального перехода!!!)

и должна быть экспоненциальной

20. Нарисуйте вольтамперные характеристики германиевого, кремниевого и арсенид-галлиевого переходов и объясните их отличие.

С ледует отметить, что обратный ток кремниевых p-n переходов много меньше обратного тока германиевых p-n переходов. Это связано с различием ширины запрещенной зоны: Wз_Ge=0,72 эВ; Wз_Si=1,12 эВ. Известно, что n_iGe10¹³см^-3, а n_iSi10¹⁰см^-3 и при равной концентрации примеси получаем, что концентрация неосновных носителей заряда в кремниевом полупроводнике на шесть порядков меньше, чем в германиевом примесном полупроводнике, а это приводит к значительной разнице значений обратного тока.

Обратный ток кремниевого p-n перехода примерно на три, четыре порядка меньше обратного тока германиевого перехода. Объясняется это тем, что ширина запрещенной зоны у кремния больше, чем у германия, а концентрация неосновных носителей заряда оказывается на шесть порядков ниже. Поэтому ток I_о в кремниевом p-n переходе пренебрежимо мал, а ток термогенерации невелик из-за малого объема p-n перехода, ток утечки при современной технологии изготовления p-n перехода имеет незначительную величину. Отсюда в целом обратный ток кремниевого p-n перехода имеет небольшое значение.