5. Диффузионный и дрейфовый ток

Дрейфовым током называется ток, обусловленный движением носителей

заряда под действием электрического поля. В общем случае дрейфовый ток может иметь электронную и дырочную составляющие.

Направленное движение носителей заряда может быть также результатом диффузии. Если происходит диффузия заряженных частиц, наблюдается направленное перемещение зарядов, т.е. возникает диффузионный ток.

Диффузионный ток невозможен в однородной среде, концентрация подвижных зарядов в которой везде одинакова, а также при нулевой абсолютной температуре.

Диффузионный ток обусловлен градиентом концентрации носителей и направлен от области высокой концентрации к низкой.

6.Контакты и структуры, используемые в электронике. M-n переход, p-n переход, мдп структура, n-p-n и p-n-p структуры.

Контакт p и n полупроводников, или p-n переход. Его главным свойством является односторонняя проводимость, т.е. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение). При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию донорной примеси Nд или акцепторной примеси Nа. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью, с меньшей–слаболегированной. Такие переходы называют асимметричными, их сильнолегированную область – эмиттером, слаболегированную – базой. Сильнолегированную область обозначают n + или p +

МДП-структура, в которой контактируют металл, диэлектрик и полупроводник. МДП-структура является основой самого распространённого электронного элемента нашего времени– МДП транзистора.(металл затвор-диэлектрик оксид-полупроводник кремниевая подложна p или n типа)

m-n переход, контакт металл-полупроводник (m-n или m-p переход). Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом.

Биполярный транзистор (в дальнейшем БТ) является электронным элементом с двумя р-n переходами

Здесь изображён БТ со структурой    : n+ – эмиттер (область, “испускающая” носители); р–база и n – коллектор (т.е. область, “собирающая” носители). Каждая область снабжена омическими контактами металл полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход (ЭП), между базой и коллектором –коллекторный переход (КП).

7.Контактная разность потенциалов, токи в контактах веществ в отсутствие внешнего напряжения. Равновесное состояние.

На границе металлов, проводников и полупроводников веществ всегда возникает электрическое поле, сила которого характеризуется напряжённостью поля Е или, чаще, контактной разностью потенциалов φк.

Если металлы неодинаковы, неодинакова и сила потоков электронов. В результате в одной из приграничных областей концентрация свободных электронов увеличится (обогащение), в другой – уменьшится (обеднение). Равенство по модулю положительных зарядов ядер и отрицательных зарядов электронов в этих областях нарушается, они приобретают заряд: отрицательный в обогащенной области, положительный в обеднённой области. Эти заряды создают в приграничных областях электрическое поле с контактной разностью потенциалов φк.

Работа, которую надо совершить, для выхода электрона из металла, называется работой выхода. Электрическое поле в контакте может способствовать или препятствовать движению подвижных носителей заряда. Потому распространён термин потенциальный барьер, высота которого равна φк.

Собственные токи в контактах

Рассмотрим, например, контакт полупроводников, отличающихся только концентрацией донорной примеси.

В таком контакте существуют условия для возникновения диффузии (в n+ области электронов больше) -> Свободные электроны будут диффундировать в n область. Следовательно, в таком контакте существует диффузионный ток Iдф.

В n+ области возникает обеднение и образуется положительный заряд нескомпенсированных ионов донорной примеси. В n области, в результате обогащения возникает избыточный отрицательный заряд. Поэтому появляется собственное электрическое поле с контактной разностью потенциалов φк. Это поле заставляет часть свободных электронов пересекать контакт в обратном направлении, т.е. порождает встречный дрейфовый ток Iдр. Устанавливается равновесное состояние:

Iдф = Iдр

Токи равны и противоположны, поэтому тока во внешней цепи нет.