Контакт двух полупроводников с разным типом проводимости

p – n переход.

Такие переходы получили широкое распространение при создании активных и пассивных схем.

Создать p – n переход можно несколькими способами:

- плавлением;

- диффузией;

- эпитаксиальным наращиванием.

Поверхность по которой контактирует p -слой и n -слой называется металлургической границей.

p – n переход можно разделить по резкости металлургической границы:

1. Ступенчатый переход – идеальная граница, т.е. с одной стороны доноры с концентрацией N_n, а с другой акцепторы с концентрацией N_p. Такие переходы на практике отсутствуют, их используют только при анализе физических процессов, протекающих в приграничной области.

2. Плавный переход – в этом случае в районе металлургической границы концентрация одного типа примеси постоянно уменьшается, а другого – растет. Сама металлургическая граница в этом случае соответствует состоянию N_n = N_p, т.е. находится в том месте, где полупроводник является компенсированным.

В зависимости от соотношения концентраций примеси в полупроводниках все p – n переходы можно разделить:

• симметричные N_n = N_p

• несимметричные N_n ≠ N_p

• односторонние N_n >> N_p или N_n << N_p

Если асимметрия резкая, т.е. концентрация отличается на 1 – 2 порядка и более, такой переход называется односторонняя и обозначается p⁺ – n переход, или p – n⁺ переход, + указывает на слой со значительной концентрацией примеси.

Предположим, что полупроводники p – типа и n – типа приведены в идеальное соприкосновение. В области p много дырок, а в области n много электронов. В начальный момент времени, за счет разности концентраций начнется диффузия электронов из n – области в p –область и диффузия дырок из p – области в n – область. В n – области электроны рекомбинируют с дырками из p – области и наоборот. Вероятность рекомбинации пропорциональна концентрации примеси.

В результате этого, в p – области у границы раздела останутся нескомпенсированные ионы акцепторов, которые создадут объемный отрицательный заряд, а в n – области у границы раздела останутся нескомпенсированные ионы доноров, которые создадут объемный положительный заряд. Т.о. приграничная область окажется обедненной основными носителями заряда и образуется слой с высоким сопротивлением. Эта область называется обедненным слоем, а ширина этой области является толщиной p – n перехода.

Образовавшийся объемный заряд будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и дырок, т.е. нескомпенсированные ионы примеси создадут на границе раздела потенциальный барьер, преодолеть который могут только те основные носители, которые обладают достаточной кинетической энергией.

В равновесном состоянии система будет находится при условии равенства тока диффузии, который вызван градиентом концентрации носителей заряда и током, возникшим за счет электрического поля объемного заряда.

Если к p – n переходу приложить внешнее электрическое поле + к области n и минус к области p, то высота потенциального барьера увеличится и ток через p – n переход будет незначительным (он будет определятся током неосновных носителей, для которых такое внешнее поле является ускоряющим). Т.к. концентрация неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике мала, ток будет незначительным – обратный ток, а напряжение называется запирающим.

При смене полярности внешнего напряжения высота потенциального барьера уменьшится, а вместе с этим уменьшится и его сопротивление. Ток через границу полупроводников возрастет – прямой ток.

Гетеропереходом называется электрический переход при контакте двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны.

Гетеропереход может быть на основе полупроводников с разным типом проводимости и одним типом проводимости. Единственным требованием при этом является близкие по значению параметры кристаллических решеток полупроводников.