- •ПРЕДИСЛОВИЕ
 - •ЧАСТЬ I. ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
 - •Глава 1. Эмиссионная электроника
 - •1.2. Эмиссионная электроника
 - •1.2.1. Термоэлектронная эмиссия
 - •1.2.2. Термоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводников
 - •1.2.3. Термокатоды
 - •1.2.4. Фотоэлектронная эмиссия
 - •1.2.5. Вторичная электронная эмиссия
 - •1.2.6. Автоэлектронная эмиссия
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 2. Движение электронов в вакууме в режиме объемного заряда. Электровакуумные приборы
 - •2.1. Диоды
 - •2.2. Триоды
 - •2.3. Многоэлектродные лампы
 - •2.4. Особенности многоэлектродных ламп различного назначения
 - •2.5. Генераторные и модуляторные лампы
 - •2.6. Электровакуумные приборы диапазона сверхвысоких частот
 - •2.6.1. Особенности движения электронов в СВЧ полях
 - •2.6.2. Клистроны – приборы с динамическим управлением электронным потоком и резонансными системами
 - •2.6.3. Лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ)
 - •2.6.4. Лампы со скрещенными полями
 - •2.6.5. Усилитель на ЛБВ типа М
 - •2.6.6. Генератор на ЛОВ типа М замкнутой конструкции (карсинотрон)
 - •2.6.7. Магнетроны
 - •2.6.8. Статический режим работы магнетрона
 - •2.6.9. Динамический режим работы магнетрона
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 3. Электронная оптика. Электронно-лучевые приборы
 - •3.1. Электронные линзы
 - •3.2. Электростатические линзы
 - •3.2.1. Диафрагма с круглым отверстием
 - •3.2.2. Иммерсионная линза
 - •3.2.3. Одиночная линза
 - •3.2.4. Иммерсионный объектив
 - •3.3. Магнитные линзы
 - •3.4. Аберрации электронных линз
 - •3.5. Электронно-оптические системы (ЭОС) электронно-лучевых приборов
 - •3.6. Отклоняющие системы
 - •3.6.1. Электростатическое отклонение электронных пучков
 - •3.6.2. Магнитное отклонение электронных пучков
 - •3.7. Некоторые особенности электронной оптики интенсивных пучков
 - •3.8. Приемные электронно-лучевые трубки
 - •3.9. Проекционные ЭЛТ и системы
 - •3.10. Запоминающие электронно-лучевые трубки
 - •3.11. Передающие электронно-лучевые трубки
 - •Контрольные вопросы
 - •ЧАСТЬ II. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
 - •Глава 4. Элементарные процессы в плазме
 - •4.1. Введение
 - •4.2. Упругие соударения электронов с атомами и молекулами газа
 - •4.3. Неупругие соударения электронов с атомами и молекулами
 - •4.3.1. Возбуждение
 - •4.3.2. Ионизация
 - •4.3.3. Ступенчатые процессы при возбуждении и ионизации молекул электронным ударом
 - •4.3.4. Образование и разрушение отрицательных ионов
 - •4.3.5. Диссоциация молекул
 - •4.3.6. Рекомбинация
 - •4.4. Движение электронов и ионов в газе
 - •4.4.1. Дрейфовое движение электронов и ионов
 - •4.4.2. Диффузия заряженных частиц в условиях разряда
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 5. Основные виды электрического разряда в газе
 - •5.1. Классификация разрядов
 - •5.2. Несамостоятельный газовый разряд
 - •5.3. Условие развития самостоятельного разряда. Пробой разрядного промежутка
 - •5.3.1. Тлеющий разряд
 - •5.3.2. Количественная теория катодной области тлеющего разряда
 - •5.3.3. Дуговой разряд
 - •5.3.4. Искровой разряд
 - •5.3.5. Коронный разряд
 - •5.3.6. Высокочастотные разряды
 - •5.3.7. Разряды на сверхвысоких частотах
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 6. Газоразрядная плазма
 - •6.1. Основные понятия
 - •6.2. Диагностика плазмы
 - •6.2.1. Метод зондов Лангмюра
 - •6.2.2. Оптические методы исследования плазмы
 - •6.2.3. Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы
 - •6.3. Теории газоразрядной плазмы
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 7. Газоразрядные приборы
 - •7.1. Приборы тлеющего разряда
 - •7.1.1. Световые индикаторы
 - •7.1.2. Стабилитроны тлеющего разряда
 - •7.1.3. Вентили (газотроны) тлеющего разряда
 - •7.1.4. Тиратроны тлеющего разряда
 - •7.1.5. Переключаемые световые индикаторы
 - •7.2.1. Газоразрядные источники света
 - •7.3. Ионизационные камеры и счетчики излучений
 - •7.3.1. Ионизационные камеры
 - •7.3.2. Пропорциональные счетчики
 - •7.3.3. Счетчики Гейгера
 - •7.4. Разрядники антенных переключателей
 - •7.5. Газоразрядные индикаторные панели
 - •7.6. Газоразрядные знаковые индикаторы (монодисплеи)
 - •7.6.1. ГИП постоянного тока
 - •7.6.2. ГИП переменного тока
 - •7.6.3. Получение полутоновых изображений на ГИП
 - •Контрольные вопросы
 - •ЧАСТЬ III. ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
 - •8.1. Концентрация носителей заряда в полупроводниках
 - •8.2. Электропроводность полупроводников
 - •8.3. Диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках
 - •8.4. Неравновесные носители заряда в полупроводниках
 - •8.5. Поверхностные явления в полупроводниках
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 9. Электрические переходы
 - •9.1. Структура и основные параметры n-p перехода
 - •9.2. Равновесное состояние n-p перехода
 - •9.3. Неравновесное состояние n-p перехода. Явления инжекции и экстракции носителей заряда
 - •9.4. ВАХ идеализированного перехода
 - •9.5. ВАХ реального n-p перехода
 - •9.7. Емкостные свойства n-p перехода
 - •9.8. Контакт металл-полупроводник
 - •9.9. Гетеропереходы
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 10. Полупроводниковые диоды
 - •10.1. Выпрямительные диоды
 - •10.2. Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
 - •10.3. Импульсные диоды
 - •10.4. Стабилитроны
 - •10.5. Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы)
 - •10.6. Туннельные и обращенные диоды
 - •10.7. Диоды Шотки
 - •10.8. Диоды Ганна
 - •10.9. Лавинно-пролетные диоды
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 11. Биполярные транзисторы
 - •11.1. Классификация биполярных транзисторов
 - •11.2. Физические процессы в транзисторе
 - •11.3. Распределение токов в транзисторе
 - •11.4. Эффект модуляции ширины базы
 - •11.5. Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора
 - •11.6. Частотные характеристики биполярного транзистора
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 12. Тиристоры
 - •12.1. Классификация тиристоров
 - •12.2. Распределение токов в тиристоре
 - •12.3. Особенности работы управляемых тиристоров
 - •12.4. Тиристор с симметричной ВАХ
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 13. Униполярные полупроводниковые приборы
 - •13.1. Классификация и основные особенности
 - •13.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)
 - •13.4. Дифференциальные параметры МДП-транзистора
 - •13.5. Принцип работы полевого транзистора с управляющим n-p переходом
 - •13.6. Частотные характеристики МДП-танзисторов
 - •13.7. Сравнительная характеристика МДП и биполярного транзистора
 - •13.8. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 14. Светоизлучающие и фотоэлектронные полупроводниковые приборы
 - •14.1. Светоизлучающие полупроводниковые приборы
 - •14.1.1. Светодиоды
 - •14.2. Фотоэлектронные полупроводниковые приборы
 - •14.2.1. Поглощение оптического излучения полупроводниками
 - •14.2.2. Фоторезистивный эффект и приборы на его основе
 - •14.2.3. Фотоэлектрический эффект в n-р переходе
 - •14.2.4. Фототранзисторы и фототиристоры
 - •14.2.5. Оптоэлектронные пары
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 15. Полупроводниковые датчики
 - •15.1. Датчики температуры
 - •15.2. Датчики деформации
 - •15.3. Датчики магнитного поля
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 16. Основы квантовой электроники
 - •16.2. Физические основы взаимодействия излучения с веществом
 - •16.2.1. Форма и ширина спектральной линии
 - •16.3. Устройство и принципы работы лазеров
 - •16.3.1. Рабочее вещество
 - •16.3.2. Создание инверсии
 - •16.3.3. Условия создания инверсной населенности
 - •16.3.4. Двухуровневая система
 - •16.3.5. Трехуровневые системы
 - •16.3.6. Четырехуровневая система
 - •16.3.7. Оптические резонаторы
 - •16.3.8. Условия самовозбуждения и насыщения усиления
 - •16.4. Свойства лазерного излучения
 - •16.4.1. Монохроматичность
 - •16.4.2. Когерентность
 - •16.4.3. Поляризация излучения
 - •16.4.4. Направленность и возможность фокусирования излучения
 - •16.4.5. Яркость и мощность излучения
 - •16.5. Типы лазеров
 - •16.5.1. Твердотельные лазеры
 - •16.5.2. Рубиновый лазер
 - •16.5.3. Неодимовый стеклянный лазер
 - •16.5.4. Nd – ИАГ – лазеры
 - •16.5.5. Газовые лазеры
 - •16.5.6. Атомные лазеры
 - •16.5.7. Лазеры на парах металлов
 - •16.5.8. Ионные лазеры
 - •16.5.9. Молекулярные лазеры
 - •16.5.10. Эксимерные лазеры
 - •16.5.11. Газовые лазеры в инфракрасной области спектра
 - •16.5.12. Химические лазеры
 - •16.5.13. Газодинамические лазеры
 - •16.5.14. Электроионизационные лазеры
 - •16.5.15. Полупроводниковые лазеры
 - •16.5.16. Жидкостные лазеры
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 17. Основы оптоэлектроники
 - •17.1. Этапы и перспективы развития оптической электроники
 - •17.2. Источники излучения для оптоэлектроники
 - •17.3. Фотоэлектронные приемники излучения
 - •17.4. Модуляция лазерного излучения
 - •17.4.1. Физические основы модуляции лазерного излучения
 - •17.4.2. Оптические модуляторы
 - •17.4.3. Дефлекторы
 - •17.5.1. Элементная база ВОЛС
 - •17.5.2. Классификация ВОЛС
 - •17.6. Оптические методы запоминания и хранения информации. Оптические (лазерные) диски
 - •17.7. Голографические системы хранения и обработки информации
 - •17.7.1. Принцип голографии
 - •17.7.2. Голографическое запоминающее устройство
 - •17.7.3. Голографические схемы записи и считывания информации
 - •17.8. Системы отображения информации
 - •17.8.1. Особенности зрительного восприятия информации
 - •17.8.2. Физические эффекты, используемые для отображения информации
 - •17.8.3. Жидкокристаллические индикаторы
 - •17.8.4. Жидкокристаллические индикаторные панели
 - •17.9. Электролюминесцентные индикаторы
 - •17.10. Дисплеи с полевой (автоэлектронной) эмиссией
 - •17.11. Отражающие дисплеи (электронная бумага)
 - •17.12. Системы отображения информации на основе полупроводниковых светодиодов
 - •Контрольные вопросы
 - •ЧАСТЬ V. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ, МИКРО И НАНОЭЛЕКТРОНИКА
 - •Глава 18. Предмет микроэлектроники
 - •18.1. Основные термины и определения
 - •18.2. Классификация ИМС
 - •18.2.1. Плёночные ИМС
 - •18.2.2. Гибридные ИС
 - •18.2.3. Полупроводниковые ИМС
 - •18.2.4. Совмещенные ИМС
 - •18.3. Система обозначений ИМС
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 19. Биполярные структуры в микроэлектронике
 - •19.1. Транзисторы с изоляцией на основе n-p перехода
 - •19.2. Транзисторы с диэлектрической изоляцией
 - •19.3. Транзисторы с комбинированной изоляцией
 - •19.4. Транзисторы типа p–n–p
 - •19.5. Многоэмиттерные транзисторы
 - •19.6. Многоколлекторные транзисторы
 - •19.7. Транзисторы с диодом Шотки
 - •19.8. Интегральные диоды и стабилитроны
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 20. Униполярные структуры в микроэлектронике
 - •20.1.1. МДП–транзистор с алюминиевым затвором
 - •20.1.3. Конструкция Д–МДП–транзисторов
 - •20.1.4. Комплементарные микроэлектронные структуры
 - •20.2.1. Пороговое напряжение
 - •20.2.2. Вольт-амперные характеристики
 - •20.4. Принцип действия МЕП-транзистора
 - •20.5. Элементы полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)
 - •20.5.1. МНОП-транзистор
 - •20.5.3. Двухзатворный МДП–транзистор
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 21. Микроэлектроника субмикронных СБИС
 - •21.2. Методы улучшения характеристик субмикронных МДП-транзисторов
 - •21.2.1. Ореол
 - •21.2.2. Ретроградное распределение
 - •21.2.3. Подзатворный диэлектрик
 - •21.2.4. Области стока и истока
 - •21.2.5. Напряженный кремний
 - •21.3. Субмикронные МДП-транзисторы на диэлектрических подложках
 - •21.3.1. Структуры «кремний на изоляторе»
 - •21.3.2. Cтруктура «кремний ни на чём»
 - •21.4.1. Транзисторы с двойным и с окольцовывающим затвором
 - •21.4.2. Транзисторы с вертикальным каналом
 - •21.5. Особенности субмикронных транзисторов для аналоговых применений
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 22. Гетероструктуры в микроэлектронике
 - •22.1. Основные свойства гетероперехода
 - •22.1.1. Сверхинжекция неравновесных носителей заряда в гетеропереходе
 - •22.1.2. Понятие о двухмерном электронном газе
 - •22.2. Гетероструктурные полевые транзисторы
 - •22.2.1. Транзистор с высокой подвижностью электронов (НЕМТ)
 - •22.2.2. Псевдоморфные и метаморфные структуры (р-НЕМТ и m-НЕМТ)
 - •22.2.3. НЕМТ на подложках из GaN
 - •22.3. Гетеропереходные биполярные транзисторы
 - •22.4. Интегральные микросхемы на гетеропереходных полевых транзисторах
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 23. Пассивные элементы ИМС
 - •23.1. Полупроводниковые резисторы
 - •23.2. Плёночные резисторы
 - •23.3. Конденсаторы и индуктивные элементы
 - •23.4. Коммутационные соединения
 - •23.4.1. Задержка распространения сигнала
 - •23.4.2. Электороимграция
 - •Контрольные вопросы
 - •Глава 24. Функциональная электроника
 - •24.1. Пьезоэлектроника
 - •24.2. Оптоэлектроника
 - •24.3. Акустоэлектроника
 - •24.4. Магнитоэлектроника
 - •24.5. Криоэлектроника
 - •24.6. Хемотроника
 - •24.7. Молекулярная и биоэлектроника
 - •24.8. Приборы с зарядовой связью
 - •24.9. Диэлектрическя электроника
 - •24.10. Приборы на основе аморфных материалов
 - •Глава 25. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
 - •25.1. Квантовые основы наноэлектроники
 - •25.1.1. Квантовое ограничение
 - •25.1.2. Интерференционные эффекты
 - •25.1.3. Туннелирование
 - •25.3. Квантовые транзисторы
 - •25.4. Нанотрубки в электронике
 - •25.5. Графеновые транзисторы (спинтроника)
 - •25.6. Молекулярная электроника
 - •25.6.1. Квантовые компьютеры
 - •25.7. Заключение
 - •Список рекомендуемой литературы
 - •CПРАВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ
 - •Содержание
 
Глава 9. Электрические переходы
В принципах действия большинства активных твердотельных электронных приборов заложены эффекты, происходящие при протекании электрического тока через границу раздела (контакта) двух кристаллических веществ. Такая структура получила название электрического перехода, а ее
электрические и физические свойства определяются свойствами переходного слоя, который образуется в области контакта. В зависимости от типа и
химической природы контактирующих веществ различают следующие виды электрических переходов:
1.Переход между двумя полупроводниками одинаковой химической природы, но с различными типами проводимости контактирующих областей (электронно-дырочный или n-p переход).
2.Переход между двумя полупроводниками одинаковой химической
природы и одинакового типа электропроводности, но с различными уровнями легирования контактирующих областей (n+-n и p+-p переходы). Индекс «+» означает повышенную концентрацию примеси в одной из областей.
3.Переходы металл – полупроводник.
4.Переходы между полупроводниками различной химической природы, отличающимися шириной запрещенной зоны. Иначе такие переходы называют гетеропереходами.
5.Переходы металл – диэлектрик – полупроводник.
Основной характеристикой переходов является ВАХ (вольт-амперная характеристика), которая представляет собой зависимость полного тока I (или плотности тока j), текущего через переход от величины и полярности приложенного внешнего напряжения U. Вид и характер ВАХ определяют
области применения и режимы работы конкретных электронных приборов на основе данного перехода. В общем случае различают две основных разновидности ВАХ – омические и неомические.
В первом случае зависимость I = f(U) является линейной (подчиняется закону Ома), причем это свойство сохраняется при любой полярности приложенного напряжения. Во втором случае ВАХ является нелинейной, а ее
конкретный вид определяется физическими свойствами переходного слоя в области контакта.
9.1. Структура и основные параметры n-p перехода
Параметры и характеристики n-р перехода зависят от уровней легирования и геометрических размеров n и p областей полупроводника, а
также от характера распределения примесей в переходном слое в области контакта. По соотношению уровней легирования n и p областей полупроводника n-р переходы подразделяются на два вида – симметричные и несимметричные.
157
В симметричных переходах (рис. 9.1, а) уровни легирования контактирующих областей одинаковы (ND = NA), что обеспечивает равенство концентраций основных носителей заряда в n и p областях (nn = pp). Здесь и далее нижние индексы «n» и «p» указывают на область перехода, к которой относятся концентрации носителей. Из рис. 9.1 видно, что в пределах переходного слоя (d) существует точка (x0), в которой концентрации электронов и дырок одинаковы. Эта точка называется металлургической
границей перехода и для симметричной структуры она совпадает с физической границей контакта двух кристаллов (рис. 9.1, а).
  | 
	ND = NA  | 
	
  | 
	ND > NA  | 
	
  | 
||
nn  | 
	n  | 
	p  | 
	pp  | 
	n+  | 
	p  | 
	
  | 
  | 
	
  | 
	nn  | 
	d  | 
	pp  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	p  | 
|
  | 
	dn  | 
	dp  | 
	
  | 
	dn  | 
	
  | 
	
  | 
pn  | 
	
  | 
	
  | 
	np  | 
	pn  | 
	x0  | 
	np  | 
d  | 
	
  | 
	d  | 
	
  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	x = 0  | 
	
  | 
	x = 0  | 
	
  | 
||
  | 
	а)  | 
	
  | 
	
  | 
	б)  | 
	
  | 
	
  | 
Рис. 9.1. Структура и распределение примесей в резком симметричном (а) и  | 
||||||
  | 
	
  | 
	несимметричном (б) n+-p переходе  | 
	
  | 
	
  | 
||
Несимметричные переходы (рис. 9.1, б) характеризуются различными уровнями легирования областей и обозначаются как n+-p, если ND > NA или p+-n, если ND < NA. Для несимметричной структуры характерно несовпадение концентраций основных носителей заряда в n и p областях (nn >> pp для n+-p перехода и nn << pp для p+-n перехода), а также точек, соответствующих металлургической и физической границам.
По характеру структуры n-p переходы подразделяются на резкие и плавные. В резких переходах концентрация донорной и акцепторной
примеси скачкообразно изменяется на границе слоев с различным типом проводимости. Резкие переходы представляют собой предельный случай более широкого класса плавных переходов, в которых градиент концентраций примеси изменяется в широком диапазоне.
9.2. Равновесное состояние n-p перехода
Рассмотрим n-p переход, в котором концентрации доноров и акцепторов изменяются скачком на границе раздела. Пусть концентрация атомов доноров ND в n-области равна концентрации атомов акцепторов NА в p-
158
области. Все примесные атомы оказываются ионизированными. Равновесная концентрация дырок в p-области (рр0) значительно превышает их концентрацию в n-области (рn0). Аналогично для электронов выполняется условие nn0 >> np0
Наличие контакта между полупроводниками n- и p-типа немедленно приведет к возникновению диффузии электронов из n-области в p-область и обратной диффузии дырок вследствие наличия градиента концентраций.
Такое движение зарядов создает диффузионный ток электронов и дырок (электронов в n-области (jnдиф, направление n→p) и дырок в р области (jpдиф, p→n).
  | 
	
  | 
	диф  | 
	
  | 
	диф  | 
	æ  | 
	
  | 
	dp  | 
	
  | 
	dn ö  | 
	
  | 
|
j  | 
	= j  | 
	
  | 
	+ j  | 
	
  | 
	= eç D  | 
	
  | 
	
  | 
	+ D  | 
	
  | 
	÷ .  | 
	(9.1)  | 
  | 
	
  | 
	p dx  | 
	
  | 
||||||||
диф  | 
	
  | 
	p  | 
	
  | 
	n  | 
	è  | 
	n dx ø  | 
	
  | 
||||
Рис. 9.2. Диаграмма, поясняющая возникновение области пространственного заряда (двойного заряженного слоя) в n-p переходе
Уход основных носителей заряда из соответствующих областей приводит к тому, что по обе стороны от физической границы перехода образуются слои dn и dp, обедненные основными носителями, в которых
образуется нескомпенсированный неподвижный заряд ионизированных донорных и акцепторных примесей. Таким образом, в слое dn со стороны n-
159
области перехода сосредоточен избыточный положительный заряд, а в слое dp со стороны р области – избыточный отрицательный.
Между n и р областями в пределах обедненных слоев создается
контактная разность потенциалов или потенциальный барьер перехода (ϕк)
и внутреннее электрическое поле, которое получило название поля объемного заряда (Еопз) (рис. 9.2). При этом положительный заряд в p-области равен отрицательному заряду в n-области, так что образец в целом остается электронейтральным.
Образование потенциального барьера с точки зрения зонной структуры связано с различным значением энергии Ферми в полупроводниках n и р типа, не взаимодействующих друг с другом (рис. 9.3, а).
Рис. 9.3. Образование n-p перехода при контакте двух полупроводников: изолированные p и n области (а), n-p переход (б)
Образование нескомпенсированных объемных зарядов вызывает понижение энергетических уровней в n-области и повышение в р-области. Смещение энергетических уровней прекратится, когда уровни Ферми в n- и р-областях совпадут, так как в неоднородных системах, находящихся в равновесии уровень Ферми (химический потенциал) один и тот же для всех частей системы.
160
На границе раздела областей разного типа проводимости уровень Ферми проходит через середину запрещенной зоны (рис. 9.3, б). Это означает, что в
этой плоскости полупроводник характеризуется собственной электропроводностью и обладает повышенным сопротивлением по сравнению с остальным объемом.
Поле объемного заряда является тормозящим по отношению к диффузионным токам основных носителей заряда и создает потенциальный барьер на пути их движения через границу перехода. Для неосновных носителей (np и pn) потенциального барьера нет, поскольку направление сил
их электростатического взаимодействия с контактным полем совпадает с направлением их перехода в соседнюю область. Поэтому поток неосновных
носителей зависит только от их концентрации в приконтактной области и не зависит от высоты барьера. Все неосновные носители, попавшие в область пространственного заряда n-p перехода, будут подхвачены электрическим полем и переброшены в соседнюю область. Такое направленное перемещение зарядов создает ток дрейфа n-p перехода. Он протекает навстречу току диффузии jдиф.
j  | 
	= jдр + jдр = eE  | 
	(μ  | 
	p  | 
	p  | 
	n  | 
	+ μ  | 
	n  | 
	p  | 
	).  | 
	(9.2)  | 
||
др  | 
	n  | 
	p  | 
	оз  | 
	
  | 
	
  | 
	n  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
В условиях термодинамического равновесия при отсутствии внешнего напряжения величина Еопз достигает такого значения, при котором диффузионный ток равен току проводимости, а поскольку они текут навстречу друг другу, то результирующий ток через n-p переход отсутствует.
jдиф + jдр = 0.  | 
	(9.3)  | 
Таким образом, область n-p перехода обеднена свободными носителями. В ней существует внутреннее электрическое поле и потенциальный барьер. Проводимость обедненной области во много раз ниже, чем соседних нейтральных областей. Потенциальный барьер n-p перехода определяет его важнейшее свойство, которое заключается в резко выраженном эффекте односторонней проводимости. Поэтому монокристалл с n-p переходом является, по существу, полупроводниковым диодом. Величина потенциального барьера n-p перехода обычно бывает порядка десятых долей вольта. Например, в монокристалле германия ϕк = 0,3–0,4 В.
Как видно из диаграмм на рис. 9.3, величина контактной разности потенциалов равна разности энергий Ферми:
eϕk = EFn − EFp .  | 
	(9.4)  | 
Для рабочего диапазона температур большинства твердотельных электронных приборов, когда выполняется условие T > Ts (Ts – температура истощения примеси), справедливо считать, что все атомы примеси ионизованы. В этих условиях можно полагать, что nn ≈ ND, pp ≈ NA, а
уравнение для контактной разности потенциалов можно переписать в следующем виде:
161
j  | 
	
  | 
	= j ln NA ND =  | 
	Eg  | 
	- j ln  | 
	NC NV  | 
	.  | 
	(9.5)  | 
||||
  | 
	e  | 
	
  | 
|||||||||
  | 
	k  | 
	T  | 
	n2  | 
	T  | 
	N  | 
	A  | 
	N  | 
	D  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	i  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
Таким образом, потенциальный барьер в n-p переходе тем выше, чем сильнее легированы p и n области.
Другим важным параметром перехода является ширина обедненной области n-p перехода или области пространственного заряда (ОПЗ). Толщина ОПЗ резкого перехода (d) и распределение обедненного слоя по областям
могут быть найдены следующим образом:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
d = dn + d p =  | 
	2 ee0jk ×  | 
	NA + ND  | 
	,  | 
	(9.6)  | 
||||
  | 
	
  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	e  | 
	
  | 
	NA ND  | 
	
  | 
	
  | 
|
dn = d  | 
	NA  | 
	
  | 
	, d p = d  | 
	
  | 
	ND  | 
	.  | 
	(9.7)  | 
|
NA + ND  | 
	
  | 
	
  | 
	NA + ND  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
Как следует из данного выражения, ОПЗ расширяется в основном в область с меньшей концентрацией легирующей примеси.
Для симметричного плавного n-р перехода с линейным распределением примесей толщина ОПЗ может быть найдена как:
d = dn + d p = 3  | 
	12 ee0jk ×  | 
	1  | 
	
  | 
	,  | 
	(9.8)  | 
|
dNэф  | 
	dx  | 
|||||
  | 
	e  | 
	
  | 
	
  | 
|||
где величина Nэф = (NA+ND)/NAND получила  | 
	название  | 
	эффективной  | 
||||
концентрации носителей заряда.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
На ширину n-p перехода и величину его потенциального барьера существенное влияние оказывает температура монокристалла. При низкой температуре (порядка – 60°С) проводимость обеих областей n-p перехода будет обусловлена только избыточными носителями зарядов, созданными за счет атомов доноров и акцепторов.
С повышением температуры монокристалла примесная проводимость остается неизменной, но к ней добавляется возрастающая собственная проводимость. При высокой температуре прибора (порядка +100°С в германии и порядка +150°С в кремнии) проводимость обеих областей монокристалла становится в основном собственной. Концентрация
собственных носителей оказывается значительно больше концентрации избыточных носителей. В этом случае из р-области в n-область переходит такое количество электронов (а в обратном направлении – дырок), которое достаточно для полной компенсации зарядов ионов примесей. В результате происходит исчезновение n-p перехода, и монокристалл становится обычным омическим сопротивлением.
162
