6

1. Структура р-п перехода

Проще всего анализировать ступенчатые р-п переходы.

Эммитер — более легированная область; база — менее легированная область.

Для р-эмиттера результирующие концентрации примеси:

; ; .

Технологический

(металлургический)

переход

Обычно .

; ;

.

Везде

Линейный масштаб:

Приближение полного

обеднения ОПЗ:

.

Основные результаты

1. При рабочих температурах в кремнии концентрация основных носителей равна результирующей концентрации примеси см^-3,

а концентрация неосновных носителей равна .

2. В состоянии равновесия однородный полупроводник локально электронейтрален:

.

3. В состоянии равновесия неоднородный полупроводник локально почти электронейтрален. При этом п. 2 выполнен почти точно.

4. При резком изменении типа проводимости образуется ОПЗ — р-п переход.

5. В ОПЗ хорошо выполняется приближение полного обеднения:

.

2. Равновесное состояние р-п перехода

2.1. Энергетическая диаграмма

;

.

;

;

;

;

.

Потенциал: ; Поле: .

2.2. Токи через р-п переход

Сквозные токи через переход обусловлены инжекцией неосновных носителей в р- и п-области (процессы 3) и экстракция неосновных носителей в р- и п-области (процессы 4).

Внутри перехода токи обусловлены рекомбинацией носителей в переходе (процесс 5) и термогенерацией носителей в переходе (процесс 6).

;

;

;

.

При потенциальный барьер снижается:

токи и резко возрастают с ростом ;

токи не изменяются;

ток слабо уменьшается из-за сужения

перехода.

При потенциальный барьер повышается:

токи и быстро снижаются до 0;

токи не изменяются;

ток слабо возрастает из-за расширения

перехода.

2.3. Методика определения параметров р-п перехода

Задано: Параметры:

Необходимо 4 уравнения.

Контактный потенциал _C :

;

;

;

Отсюда:

. (2.3.1)

Очень грубо: . Si: эВ; В;

Ge: эВ; В;

Остальные уравнения находятся из уравнения Пуассона:

, где , .

. Отсюда: . (2.3.2)

(2.3.3а)

; ; .

. (2.3.3б)

. (2.3.4)

2.4. Ступенчатый р-п переход

;

;

Из (2.3.1):

.

Из (2.3.2):

. (2.4.1)

Из (2.3.3а):

. (2.4.2)

Из (2.3.4):

. (2.4.3)

Из (2.4.1) – (2.4.3):

; В/см;

; мкм;

; В;

.

Приближенные равенства соответствуют условию .

В этом случае параметры перехода определяются свойствами базы.

.

При (модель полного обеднения справедлива).

2.5. Линейный р-п переход

;

/

Из (1):

.

Из (3):

;

.

Метод итераций:

; (2.5.1)

. (2.5.2)

Обычно достаточно 2 итераций.

2

N

.6. Диффузионный р-п переход

— аппроксимация.

.

Х

l_n0

0 x

арактерный параметр:

- l_p0

N₀

.

а) линейный переход, .

б) , (как в ступенчатом).

В общем случае , где .

См. «Физика р-п переходов и п/п диодов», раздел 2.6.

Основные результаты

1. В состоянии равновесия между р- и п-областями образуется потенциальный барьер (контактная разность потенциалов ).

2. Через р-п переход протекают токи диффузии, дрейфа, рекомбинации и термогенерации генерации носителей заряда.

3. Дрейфовые и диффузионные токи каждого типа носителей, а также токи рекомбинации и термогенерации взаимно компенсируются.

4. В ступенчатом переходе параметры определяются в основном свойствами базы, а сам переход сосредоточен почти полностью в области базы. Ширина перехода пропорциональна .

5. Ширина линейного перехода пропорциональна .

6. Ширина диффузионного перехода пропорциональна , где .