4.2 Электронно-дырочный переход при подключении

внешнего напряжения

Подключим к n-p переходу напряжениеU. Полярность напряжения такова, что (-) источника соединен с n⁺областью (рисунок 4.6).

Сопротивление обедненного слоя много больше сопротивлений других участков и поэтому напряжение прикладывается к обедненному слою. В этом случае высота потенциального барьера уменьшится до величины, равной , что показано на рисунке 4.7.

Напряжение, уменьшающее высоту потенциального барьера, называется прямым в переходе, и ширина обедненного слоя при этом уменьшается. Равновесное состояние при этом нарушается диффузионным движением электронов из n-области в р-область и дырок в обратном направлении. Так как, то диффузионное движение электронов из n- в р-области значительно интенсивнее, чем движение дырок в обратном направлении.

У границ обедненного слоя повышается концентрация неосновных носителей: электронов в р-области (n_pu) и дырок в n-области (p_nu). Концентрацииn_puиp_nuявляются неравновесными.

Так как в р- и n-областях возникают градиенты концентрации дырок р_nu>>p_n0и электроновn_pu>>n_p0, то дырки диффундируют от границы перехода в n-область, постепенно рекомбинируя с электронами, а электроны движутся в другом направлении и рекомбинируются с дырками.

Связь между неравновесными и равновесными концентрациями определяется формулами:

Для получения теоретической ВАХ р-n-перехода определим избыточные граничные концентрации n_puиp_nu.

Делим одно на другое и, учитывая, что (n_i - концентрация собственного полупроводника) иn_n0=N_Д,p_p0=N_Aполучим:

Таким образом, при прямых напряжениях на переходе граничные концентрации превышают равновесные, и имеет место процесс, называемый инжекцией, то есть введением носителей в область, где они являются неосновными.

У несимметричных переходов концентрация избыточных носителей в высокоомном слое больше, чем в низкоомном и инжекция имеет односторонний характер. Инжектирующий слой, обладающий меньшим удельным сопротивлением, называется эмиттером, слой с большим удельным сопротивлением называется базой.

Если соединить источник, как показано на рисунке 4.8, то в этом случае все напряжение приложится к переходу.

Высота потенциального барьера возрастает до Δφ₀+U, как показано на рисунке 4.9.

Рисунок 4.8

апряжение называется в этом случае обратным. Соответственно увеличивается напряженность поля в переходе и его ширина (по сравнению с U=0).

Дырки из n-области диффундируют в p-область, электроны из р-области в переход. Электрическое поле для них является ускоряющим.

При этом граничные концентрации неосновных носителей уменьшаются по сравнению с равновесными. Этот процесс называется экстракцией.

Выражения для n,p, приведенные ранее, верны, только необходимо подставить отрицательное напряжение.

4.3 Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного

перехода

В общем случае ток через р-n переход включает электронную и дырочную составляющие, каждая из которых содержит диффузионную и дрейфовую компоненты.

При выводе ВАХ обычно полагают, что:

а) ширина перехода очень мала (стремится к нулю);

б) тепловой генерацией и рекомбинацией можно пренебречь.

Если считать, что на границах перехода электрическое поле равно 0, то токи инжектируемых носителей будут чисто диффузионными. Тогда для граничных концентраций:

где L_n_,L_p- диффузионные длины электронов и дырок.

Знак (+) градиента концентрации дырок означает, что дырки движутся из базы в эмиттер, в направлении отрицательных значений Х. Подставляя сюда выражения для градиента концентраций электронов и дырок, получим: