19. Вольт-амперная характеристика p-n перехода с широкой базой при малых уровнях инжекции.Получим вольт-амперную характеристику p-n перехода. Для этого запишем уравнение непрерывности в общем виде:

Будем рассматривать стационарный случай dp/dt = 0. Рассмотрим ток в квазинейтральном объеме полупроводника n-типа справа от обедненной области p-n перехода (x > 0). Темп генерации G в квазинейтральном объеме равен нулю: G = 0. Электрическое поле E тоже равно нулю: E = 0. Дрейфовая компонента тока также равна нулю: I_E = 0, следовательно, ток диффузионный . Темп рекомбинации R при малом уровне инжекции описывается соотношением:

(2.57) Воспользуемся следующим соотношением, связывающим коэффициент диффузии, длину диффузии и время жизни неосновных носителей: Dτ = L_p².

С учетом отмеченных выше допущений уравнение непрерывности имеет вид:

   (2.58)Граничные условия для диффузионного уравнения в p-n переходе имеют вид:

(*)Решение дифференциального уравнения (2.58) с граничными условиями (*) имеет вид:

(2.59) Соотношение (2.59) описывает закон распределения инжектированных дырок в квазинейтральном объеме полупроводника n-типа для электронно-дырочного перехода (рис. 2.15). В токе p-n перехода принимают участие все носители, пересекшие границу ОПЗ с квазинейтральным объемом p-n перехода. Поскольку весь ток диффузионный, подставляя (2.59) в выражение для тока, получаем (рис. 2.16):

(2.60) Соотношение (2.60) описывает диффузионную компоненту дырочного тока p-n перехода, возникающую при инжекции неосновных носителей при прямом смещении. Для электронной компоненты тока p-n перехода аналогично получаем:

При V_G = 0 дрейфовые и диффузионные компоненты уравновешивают друг друга. Следовательно, . Полный ток p-n перехода является суммой всех четырех компонент тока p-n перехода:

(2.61) Выражение в скобках имеет физический смысл обратного тока p-n перехода. Действительно, при отрицательных напряжениях V_G < 0 ток дрейфовый и обусловлен неосновными носителями. Все эти носители уходят из цилиндра длиной L_n со скоростью L_n/τ_p. Тогда для дрейфовой компоненты тока получаем:

Рис. 2.15. Распределение неравновесных инжектированных из эмиттера носителей по квазинейтральному объему базы p-n переходаНетрудно видеть, что это соотношение эквивалентно полученному ранее при анализе уравнения непрерывности. Если требуется реализовать условие односторонней инжекции (например, только инжекции дырок), то из соотношения (2.61) следует, что нужно выбрать малое значение концентрации неосновных носителей n_p0 в p-области. Отсюда следует, что полупроводник p-типа должен быть сильно легирован по сравнению с полупроводником n-типа: N_A >> N_D. В этом случае в токе p-n перехода будет доминировать дырочная компонента (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Токи в несимметричном p-n nереходе при прямом смещении Таким образом, ВАХ p-n перехода имеет вид:

(2.62) Плотность тока насыщения J_s равна: (2.63)

ВАХ p-n перехода, описываемая соотношением (2.62), приведена на рисунке 2.17.

Рис. 2.17. Вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода Как следует из соотношения (2.16) и рисунка 2.17, вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых напряжений ток p-n перехода диффузионный и экспоненциально возрастает с ростом приложенного напряжения. В области отрицательных напряжений ток p-n перехода - дрейфовый и не зависит от приложенного напряжения.

20.Контактная разность потенциалов и высота потенциального барьера в полупроводниковых структурах.

КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ. При контакте полупроводника с металлом практически вся область приконтактного поля локализована в полупроводнике. Электрич. поле контактного разности потенциалов. изменяет концентрации свободных носителей заряда (электронов, дырок) в при-контактном слое. Когда концентрация осн. носителей заряда в полупроводниках понижается, приконтактный слой представляет собой область повыш. сопротивления (запирающий слой). Т. к. концентрация носителей и, следовательно, сопротивление контакта изменяются несимметрично в зависимости от знака приложенного напряжения, то контакт двух полупроводников обладает вентильным (выпрямляющим) свойством. С К. р. п. связаны также вентильная фотоэдс, термоэлектричество и ряд др. электронных явлений. На существованииКОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ основана работа важнейших элементов полупроводниковой электроники: р - n-переходов и контактов металл-полупроводник. Учёт КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ. важен при конструировании электровакуумных приборов. В электронных лампах КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ влияет на вид вольт-амперных характеристик. При прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую в термоэмиссионном преобразователе создаётся напряжение как раз порядка КОНТАКТА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ.Высота потенциального барьера на переходе равна контактной разности потенциалов qи_к.

(3.9) Высота потенциального барьера равна контактной разнице потенциалов и обычно составляет десятые доли вольта. Высота потенциального барьера возрастает при увеличении концентрации примесей в соответствующих областях, при этом толщина p-n - перехода d уменьшается. Для германия, например, при средней концентрации примесей u_K = 0,3 - 0,4 В и d = 10^-4 - 10^-5 см, а при больших концентрациях - u_К ≈ 0,7 В и d = 10^-6 см. С увеличением температуры высота потенциального барьера уменьшается. . Результат не зависит от выбора знака заряда (электронов или дырок).

21.Энергетическая диаграмма гетероперехода. Особенности инжекции в гетеропереходных структурах

Гетеропереходом называют переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками, обладающие различной шириной запрещенной зоны.Энергетическая диаграмма гетероперехода.На рисунке приведён пример зонной диаграммы гетероперехода.

 Вертикальная линия – металлургическая граница. По обе стороны от границы различные материалы. Характерной особенностью зонной диаграммы является наличие скачков E_c и E_v на металлургической границе перехода. Пример дан для p-n перехода. При другом выборе легирования компонентов возможен изгиб зон в разные стороны. Пример будет дан ниже. На приведенном рисунке уровень Ферми постоянен: Е_F = const. Система находится в равновесии. Ток не течет. Ф_к - разность работ выхода (контактная разность потенциалов). Благодаря ненулевой контактной разности потенциалов образуется обедненная зона. Изменению концентрации р и  n отвечает изгиб Е_c и Е_v

 На линии Е_с и Еv образуются скачки Е_с и Е_v, отвечающие скачку концентрации носителей заряда.W₁ и W₂ – ширина обедненных зон. ₁ и ₂ – сродство к электрону (электронное сродство, electron affinity - способность присоединить электрон). Сродство количественно измеряется энергией, которую нужно затратить, чтобы перевести электрон с уровня Е_c на вакуумный уровень. Подчеркнем, что особенностью зонной диаграммы гетероперехода является наличие скачков Е_c и Е_v на границе гетероперехода. Именно наличие скачков обеспечивает две принципиальные особенности гетероперехода.1.      Сверхинжекция 2.      Образование двумерного электронного газа. Особенностью явления инжекции в гетеропереходахявляется возможность наблюдения явлениясверхинжекции, при котором концентрация инжектированных носителей может превышать концентрацию легирующих примесей в области, из которой идет инжекция. Это явление принципиально важно для работы полупроводниковых инжекционных лазеров.