Контактные явления

В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Различают два вида контактных явлений в полупроводниках:

- электронно-дырочный переход;

- переход металл-полупроводник.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД

Область на границе двух полупроводников с различными типами электро­проводности называется электронно-дырочной или р-n-переходом.

Электронно-дырочный переход является рабочим элементом большинства полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и т.д.) и интегральных микросхем.

Электронно-дырочный переход

при отсутствии внешнего электрического поля

В каждом из полупроводников р- и n-типов, объединенных в общую структуру, заряды совершают беспорядочное тепловое движение. В результате происходит их диффузия из одного полупроводника в другой. Как и при любой другой диффузии, например в газах и жидкостях, носители заряда пере­мещаются из области с большей концентрации в область с меньшей. Так из области полупроводника р-типа дырки диффундируют об­ласть полупроводника n-типа, а электроны из n-области в р-область (рис. 5). Концентрации основных и неосновных носителей, обусловли­вающие диффузию, изображены на графике (рис. 5).

Движение заряженных частиц под действием градиента концен­трации называется диффузией, а обусловленный этим движением ток называется диффузионным.

Диффузия основных носителей (электронов и дырок) создает ток, состоящий из двух составляющих

I_диф= I_nдиф +I_pдиф

В результате диффузии носи­телей по обе стороны границы раз­дела создаются объемные заряды.

Дырки, пришедшие в область n, рекомбинируют с электронами, что

Рис. 5. р-n-переход при отсутствии внешнего электрического поля

приводит к созданию в пограничной области объемного заряда положительно­го знака, образованного главным образом положительно заряженными ионами атомов донорной примеси и, в небольшой степени, - пришедшими в эту об­ласть дырками. Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, об­разованный отрицательно заряженными ионами акцепторной примеси и, отчасти, пришедшими сюда электронами. Между образовавшимися объемными зарядами возникает так называемая контактная разность потенциалов (рис. 5): . Таким образом, в p-n-переходе возникает потенциальный барьер, препятст­вующий

диффузионному переходу носителей. Высота барьера равна контактной разности потенциалов и не превышает для германия 0,7В, а для кремния 1,1В. В результате чего диффузионный ток убывает. Одновременно с диффузионным пе­ремещением основных носителей происходит и обратное движение неосновных носителей под действием электрического поля контактной разности потенциалов.

Движение носителей заряда под действием электрического поля называют дрейфом, а ток - током дрейфа.

В данном случае дырки из n-области перемещаются в p-область, а электроны из p-области в n-область. Дрейфовый ток тоже имеет две составляю­щие

I_др= I_nдр +I_pдр.

В установившемся режиме диффузионные и дрейфовые токи равны между собой, а полный ток перехода

I_пер= I_диф +I_др.

Следует отметить, что область р-n-перехода, обедненная подвижными носи­телями, обладает повышенным сопротивлением и называется запирающим слоем.