3. Электронные переходы. Р-п переход. Р-п переход при прямом и обратном смещении. Виды пробоев р-п переходов.

Однородные полупроводники и однородные полупроводниковые слоинаходят весьма узк.примен и исп-я только в различн. рода резисторов. Основные элементы интегральных микросхем и большаячасть дискретн.полупроводник-х приборов представл. собой неоднородн. структуры. Переход между двумя областями полупр. с разнотипн.провод-ю, назыв-я электр-дырочн переходом или р-н переходом. P–n переходы получаются вплавлен.или диффуз. соотв-х примесей в пластинки монокристалла полупр., а также выращиваниемp–n перехода из расплава полупр. с регулир.кол-м примесей.

Рассмотрим физич. процессы в плоском p–n переходе, находящемся вравновесном состоянии, т.е. при нулевомвнешн. напр-и на переходе(рис. 2.4,а) и при условии, что: 1. На границе раздела p– и n–

областей отсутств. механ. дефекты и включ-я др. хим. мат-в. 2. При комнатной температ. всеатомы примеси ионизированы, p_р= Na, n_n= Nд3. На границе p–n перехода типпримеси резко изменяется.

Поскольку концентрация электронов в n–области намного больше концентрац. эл-в в p–области, аконцентрац. дырок в p–области намногобольше концентрац. дырок в n–области, как показано на рис. 2.4б то на границе раздела полупроводников возникает градиент (перепад) концентрац. подвижн. носит-й заряда (дырок и электронов). Под действием градиента концентрации заряды будут диффундироватьиз области с более высокой концентрацией в область с пониженной концентрацией. Направленное движение свободных носителей, вызванное их неравномерным распределением в объеме полупроводника, называют диффузионнымдвижением. Электроны под действием диффузии перемещаются из p–области вn–область.Это движение зарядов образует диффузион. ток п-н перехода.

Смещение - эта внешнее напряжение, прикладываемое к выводам перехода Оно может быть прямым и обратным.Прямое смещение - это смещение, при котором плюс источника внешнего напряжения прикладывается к р - области, а минус – кn - области.Обратное смещение - это смещение, при котором минус источника внеш­него напряжения прикладывается р- области, аплюс - к n -области.Обратное смещение.Схема обратного смещения р-n - перехода представлена на рис.1. Из нее видно, что в переходе действуют два электрических поля: Е_к и E_обр. Эти поля совпадают по направлению, поэтому результирующее поле и вы­сота ПБ соответственно равны:

 

Действие поля Е_? на носители заряда.

а) Действие на ОНЗ. Наличие градиентов концен­траций электронов и дырок обеспечивает тен­денцию к диффузии ОНЗ через переход. Однако высота ПК настолько велика (рис.2а), что ОНЗ не способны преодолеть его и возвращаются в свои области, вследст­вие чего диффузионный ток I_дф=0.

Физически это происходит потому, что диффузионные силы стремящиеся перебросить ОНЗ через переход, оказываются слабее противодействующих им сил электрического поля Е_?.

 

Рис.1                                                                                      Рис.2

б) Действие на НОНЗ. Под действием поля E_? не­основные НЗ дрейфуют че­рез р-n - переход, вследст­вие чего образуется дрей­фовый ток    (рис. 2б).

Прямое смешение.

Схема прямого смещения представлена на рис.3. Из нее видно, что в ЭДП

действуют два электрических поля: контактное Е_k и прямое Е_пр. Эти поля имеют противоположные направления, вследствие чего результирующее поле и высота ПБ соответственно равны:    .

Действие поля Е_? на носители заряда в переходе.

а) Действие на НОНЗ. Действие поля Е_? на НОНЗ при прямом смещении такое же, как и при обратном сме­щении: под действием этого поля дырки дрейфуют через переход от границы с n -областью, а электроны - от границы с р - областью (рис4,б). Поставщиком этих НЗ яв­ляются приграничные области толщиной L_n и L_p, в которых они образуются вследствие термогенерации и диффундируют к границам перехода под действием возникающего в них градиента концентрации.

Величина дрейфового тока при прямом смещении такая же, как и при об­ратном и равна току I_0.

б) Действие на ОНЗ. Наличие градиентов концентраций дырок и электро­нов, заложенных при изготовлении ЭДП  и сниженный ПБ обуслов­ливают резкое возрастание диффузии ОНЗ: дырок из р - в n -область, а элек­тронов - из n – в р - область(рис. 4.а).

Рис.4.

Рост диффузии ОНЗ означает резкий рост диффузионного тока через пе­реход, который называется прямым и имеет дырочную и электронную состав­ляющие: .

Основным физическим процессом в прямосмещенном переходе является инжекция.под которой понимают впрыскивание через переход основных НЗ из одной области в другую, где они становятся неосновными.

Резкое возрастание обратного тока p–n перехода при достижении обратн. напр-ем определенного критич. знач-я назыв.пробоем р–n перехода.Различают два вида пробоя перехода:

– электрический; - тепловой. Вид ВАХ пробоя представлен на рис. 2.8.

При электрич. пробое кол-во носителей в переходе возраст.под действиемсильн. эл-го поля и ударной

ионизации атомов решетки. Различ. след-е разновидностиэл-го пробоя: лавинный, туннельныйЛавинный вид пробоя возникает услаболегированных полупроводниках, вотносит. широк р–n переходах.(кривая 1 на рис.) Тунельн. вид пробоя возник. в сильнолег-х полупр., в относит. узких п-н переходах.(кривая 2 на рис).Поверхностный вид проб.обусловлен изменен.эл-го поля на поверхности р–n перех за счет скопления значительного количества зарядов на поверхности полупр. Тепловой пробой возник.вследств. разогрева перехода проходящимчерез него током при недостат. теплоотводе (кривая 3 на рис.).