2.3.2. Контакт полупроводников с одним типом электропроводности
Контакт полупроводников с одним типом электропроводности, но с разной удельной проводимостью обозначают как р+-р- или п+-п-переход, причем знаком "+" отмечают область полупроводника с большей концентрацией примесей (рис. 2.43).
Вблизи такого контакта происходят процессы, аналогичные процессам в электронно-дырочном переходе, то есть носители из области с большей концентрацией диффундируют в область с меньшей концентрацией. При диффузии в сильнолегированной области нарушается компенсация заряда ионизированных примесей, а в слаболегированной - создается избыток основных носителей заряда (рис. 2.43, в). Таким образом, на контакте двух полупроводников с одним типом электропроводности, но разной удельной проводимостью также образуется область объемного заряда, диффузионное поле и контактная разность потенциалов. В данном случае в слаболегированной области объемный заряд образован избыточной концентрацией основных носителей заряда.
Рис. 2.43. Контакт полупроводников с одним типом
электропроводности: а - структура контакта;
б - энергетическая диаграмма контакта; в - зависимости
концентрации примесей и концентрации носителей заряда
от координаты
Контактная разность потенциалов для таких переходов определяется соотношениями, аналогичными (2.4), то есть для р+-р-перехода
;
(2.84)
для п+-п-перехода
.
(2.85)
Распределение носителей заряда вблизи контакта полупроводников с одним типом электропроводности (рис. 2.43, в) показывает, что в данном случае отсутствует слой с меньшей концентрацией по сравнению с концентрацией носителей в слаболегированной области, то есть отсутствует высокоомный слой. Из-за этого при прохождении тока на таком контакте падает сравнительно небольшое напряжение, высота его потенциального барьера практически не изменяется от величины и направления тока. Следовательно, контакт двух полупроводников с одним типом электропроводности не обладает выпрямляющими свойствами и имеет малое сопротивление по сравнению с сопротивлением слаболегированной области.
Другой особенностью контакта двух полупроводников с одним типом электропроводности является отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в слаболегированную высокоомную область. Действительно, если внешнее напряжение приложено плюсом к высокоомной п-области п+-п-перехода, что аналогично прямому включению р-п-перехода, то при этом из п+-области в п-область вводятся электроны, которые являются основными носителями. При противоположной полярности дырочный ток из п+-области в п-область аналогичен обратному току через р-п-переход. Однако из-за ничтожно малой концентрации неосновных носителей заряда в сильнолегированной п+-области инжекция дырок в высокоомную п-область также оказывается ничтожно малой.
Невыпрямляющие и неинжектирующие контакты широко используют в полупроводниковых приборах наряду с выпрямляющими и инжектирующими. Однако из-за существования на контакте полупроводников с одним типом электропроводности потенциального барьера для неосновных носителей заряда, двигающихся из слаболегированной области к контакту, может происходить накопление этих неосновных носителей вблизи контакта при определенной полярности внешнего напряжения (рис. 2.44). При приложении внешнего напряжения оно падает в основном в объеме слаболегированной области. Поэтому только там будет происходить изгиб энергетических уровней и зон, приводящий к образованию потенциальных ям для неосновных носителей заряда. Эффект накопления неосновных носителей заряда и их последующего рассасывания - эффект инерционный. Поэтому он может ухудшать быстродействие полупроводниковых приборов.
Рис. 2.44. Накопление неосновных носителей заряда (дырок) вблизи контакта двух полупроводников
с электропроводностью п-типа при наличие внешнего
электрического поля
Промежуточное положение между р+-р- или п+-п- и р-п-переходом занимают р-i- или п-i-переходы. Такие переходы образуются между двумя полупроводниками, один из которых имеет электронную или дырочную электропроводность, а другой - собственную.
На рис. 2.45 показаны энергетическая диаграмма и изменение концентраций на границе полупроводников с р- и i- областями. Вследствие разности концентраций носителей заряда в р- и i-областях происходит инжекция дырок из р-области в i-область и электронов из i-области в р-область.
В виду малой величины инжекционной составляющей электронного тока потенциальный барьер на границе перехода создается неподвижными отрицательными ионами акцепторов р-области и избыточными дырками i-области, диффундирующими в нее из р-области. Поскольку ppo >> pi, глубина распространения запирающего слоя в i-области значительно больше, чем в р-области.
Рис. 2.45. Энергетическая диаграмма р-i-перехода
и изменение концентраций на границе полупроводников
с р- и i-областями