книги из ГПНТБ / Сиволобов Н.А. Основы полупроводниковой электроники учеб. пособие

зарядами. Возшгкшал разность потенциалов

как в

этом случае, так

и в рассмотренном ранее, компенсируется

за счет

различных кон­

новении

тел

в условиях установившегося равновесия (рис.12).

Работа выхода металла больше работы выхода полупроводника :

6 W >

6

on

• Поэтому при контакте электроны из зоны проводи-

I о

1

-

гі

-

г?

efoi

© © ©

</f>ofe»à доноров

frерми

''Л

П - /ѴОЛ уПро go <?„

1

1 _

"ft

Уро£е#е

Ферми

/ / / /

V

елей.

1п

Ь ш

11

/7-

"О* упр> О S О

&MU*r

S

с.12. Энергетические диаграммы "для" металла

Гл= полупроводника:

а - до

соприкосновения;

б -. образование запирающего слоя

при"контакте

-

?.г

-

в теле

полупроводника,

и границы

зон

искривляются

в

сторону

более

высоких

потенциалов.

При равновесии уровни Оерми металла и полупроводника совпа­

дают.

В случае контакта металла с р

-

полупроводником (рис.13)

,

работа

выхода

которого больше, чем у металла , на границе кон­

такта также возникает запирающий слой, но границы энергетиче­

ских зон искривляются в сторону меньших потенциалов. Повышен­

ное удельное сопротивление этого слоя объясняется уменьшением

вблизи него концентрации дырок, определяющих

в основном электро­

проводность

р

-

полупроводника.

Рассмотренные случаи образования запирающих слоев широко

используются

в

полупроводниковых

приборах.

Случаи контакта

металла

с п

-

полупроводником при уело-

»

вин, что G кр /

р UP

или контакта

металла

с р

-

полупровод-

I о

I

on'

никои,

когда

>

£? У

встречаются весьма

редко. При этом

1

О

I Ор)

проводниковых

пластинок, так

как при этом неизбежен промежуточ­

ный (хотя бы и очень тонкий) слой воздуха или поверхностных

пленок.

Переход

р - п

получается в единой пластинке полу­

проводника, в которой тем или

иным способом

получена

резкая

граница

между

слоями р и л

,

т . е . в р -п-

переходах

осущест­

До соприкосновения (рис. 14,а)

вп - полупроводнике концентрация

электронов выше концентрации

дырок: !\1п > Рп

. B p -

полупро­

воднике концентрация дырок превышает концентрацию электронов.

При соприкосновении полупроводников Пи Р

градиенты концен­

трации электронов и дырок на границе отличны

от нуля

(рис.14,в).

Существование градиента'плотности частиц вызывает их диффу­

зионный поток в сторону меньшей концентрации,

т . е . движение элек­

зарядов

создаст

разность потенциалов

\j>

(рис. 14,г). Вблизи

границы

поле Е! с

(рис.І4,ду

направлено

так,

что

оно препятствует

дальнейшей диффузии электронов и дырок.

Вследствие

относительно

мало» концентрации

электронов и ды­

стояние L

- I0~G -г І0~^ см.

В пршеоитактной области

образуется

запирающий

слой шириной 2 L

, обеднении)! основными

носителями

и имеющий вследствие этого пониженную электропроводность.

Из-за

обеднения основным: носителями границы энергетических

Ферми обоих

полупроводников и поле F,,< достигнет такой величины,

при которой

потенциальный барьер у> (рис.14,г) станет непрео­

долимым для диффундирующих электронов и дырок.

При движении

в

запиравшем слое

электрон

подвергается

воздействию

поля

Е к

и приобретает

среднюю дреІіФовую скорость

д Vg

• Зная

Д

, можно определить

время движения элек­

тронов

через

запирающий слоіі шириной 2 L

через р-п - переход

слева

направо

равна:

/л

dP

п

d-N

,

^ди.сГе

(ДР"Зл

+

' Ц

п '

dX

J

. г д е Л р И Д п -

козффициенты диффузии электронов и дырок.

Препятствуя диффузионному

движению основных носителей,

по­

ле Кк является ускоряющим для

неосновных

носителей: дырок

в п -

по­

лупроводнике

и электронов в

р

- полупроводнике. Под влиянием

это­

ся, а дрейфовый ток растет, пока

они не

уравновесят

друг

друга

(cM.pHc.It.r

и 15,а): .

jfip

•+ J^AUcp

= 0 •

Анализ

р -

п е р е х о д а

Приложенная Э ; д . с . к

р -

п-пе^- ;

в неравновесном состоянии

реходу

нарушает равновесие в сисѵ

барьера

изменяетсяна

величину приложенной э . д . с .

КОхДа э . д . с . Cl

приложена плюсом на слой Р (прямое включе­

ние) , высота барьера

уменьшается 0 ,рис.15,б) и

становится

равной

У к":

ѵ ; =

%-и.

Вследствие уменьшения потенциального барьера диффузионное

движение

электронов в

область р и дырок в обратном

направлении

-

29

-

увеличится и концентрация этих частиц на границах запирающего

слоя

будет выше:

jsj р^

> / s j ^

Рпи

>

Рп.

Концентрация неосновных носителей -'"дырок в П

-

полупровод­

нике

неодинакова ; от величины Р п и

у границы запирающего

слоя

она уменьшается

до величины Р 0

в

толще полупроводника на

неко­

тором расстоянии

Lp

от

границы. Концентрация уменьшается

вследствие рекомбинации электронов с дырками по мере движения

на длине

L p

. Величина

LP

называется глубиной

диффузии (неко­

торое

среднее расстояние,

проходимое дыркой от момента инъекции

в область

р

до

ее

рекомбинации).

Время движения дырки на длине L p

называется временем

жизни

дырки

(

'Lp ) . Эти величины связаны

соотношением:

Lp -

= (Др .

'Lp

) "ТГ

, где Др - коэффициент диффузии

дырок.

Е э

к в

-

напряженность,

соответствующая некоторой

экви­

валентной

разности

потенциалов,

под действием которой

дырка приоб­

ретает энергию, равную к • Т - энергии теплового движения.

Если Е к

>

Еэкв, то

все, неосновные носители,

приближаю­

где

Jsfips

- плотность дрейфового тока насыщения.

Зная плотности

дырочного ^др

> электронного

диффузионных токов

и плотности дырочного Japs

и электрон­

н о г о j a ^ s

дрейфовых токов можно определить соответствующие

токи

через

р - п -

переход площадью

S.