Ширина запирающего слоя (зс)

Область существования контактного поля определяется пределами запирающего слоя 2L. Исходя из этого,L– это глубина проникновения э.п. в п/п.

Глубина проникновения э.п. в тело определяется уравнением Пуассона, связывающее Eсqи:

 - объёмная плотность электрических зарядов, создающих э.п. Е.

=eN

X– расстояние от границы контакта

 - диэлектрическая проницаемость п/п

N– объёмная концентрация носителей заряда.

Проинтегрировав уравнение дважды от 0 до L, получим:

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, то вместо_кподставляем суммарную разность потенциалов. При приложении прямого напряжения ширина уменьшается, а обратного – увеличивается.

Различные виды переходов Несимметричный переход

Это переход, который образуется в p- иn-п/п с различной концентрацией примесей, т.е. с различной концентрацией основных и неосновных носителей.

Рассмотрим случай, когда концентрация акцепторов больше концентрации доноров.

N, P

P_p

N _p N _n

P _n x

-φ

+φ x

E_К x

x

L_p L_n

На границе контакта возникает концентрация и, но поскольку, то диффузионное движение дырок из п/пp-типа в п/пn-типа более интенсивное, чем движение электронов обратно. Следовательно, диффузионная составляющая тока через переход определяется диффузионным потоком дырок. ПосколькуP_n>N_p, то дрейфовая составляющая тока в основном определяется потоком дырок изn-п/п.

Условия равновесия для п/п:

Область, обеднённая дырками, значительно уже, чем область, обеднённая электронами. Следовательно, запирающий слой лежит в основном в высокоомной n-области. ПосколькуN_а>N_д , то

При подключении внешнего напряжения равновесие нарушается. При прямом включении высота потенциального барьера уменьшается и течёт диффузионный ток. Величина этого тока определяется в основном движением дырок.

Такое преимущественное введение зарядов в п/п, в котором эти заряды будут неосновными носителями, называется инжекцией неосновных носителей.

При подключении обратного напряжения через несимметричный p-n-переход потечёт ток, обусловленный в основном движением дырок изn-области вp-область (ток насыщения). Формаp-n-перехода не изменяется.

В несимметричном переходе п/п с высокой концентрацией основных носителей называется эмиттером,второй п/п называетсябазой.

Переходы типа p-i, n-i, p-p⁺, n-n⁺.

W, Up i

eφ_K x

W_с eφ_0p eφ_0i

W_Ф

ВЗ W_В

N, P

P_p N_p N_i

x

При контакте p-iв результате разности концентрацийP_p>N_iиN_i>N_p, возникает диффузия дырок в собственный п/п и электронов в п/пp-типа.

Разность потенциалов на переходе образуется за счёт ионов акцепторов в p-п/п и дырок в собственном

Запирающий слой в большей части находится в области собственного п/п, поскольку его удельное сопротивление больше.

Аналогичная картина получается при контакте высоколегированного п/п p⁺с низколегированнымp. Высота потенциального барьера меньше, поскольку меньше разность концентраций дырок.

Аналогично для n-n⁺.

Контакт металл - п/п Контакт Ме – n-п/п

А) работа выхода из п/п меньше работы выхода из Ме e_{0n <} e_0.

W,UМе n

ЗПeφ_0nx

eφ₀ W_с W_Ф

W_Ф

ЗПW_В

ВЗ

WМе n

eφ_KЗП x

eφ₀eφ_0n

W_Ф W_Д

- +

ЗПLВЗ

При таких условиях электроны при контакте Ме и n-п/п из зоны проводимости п/п переходят в Ме, заряжая его отрицательно. В приконтактной области п/п образуется слой, обеднённый основными носителями, и там остаётся неподвижный нескомпенсированный положительный заряд ионов доноров. Образуется приконтактное электрическое поле. Это э.п. будет препятствовать дальнейшему движению из п/п в Ме, отталкивает свободные электроны в запирающий слой и притягивает в приконтактную область дырки, которые находятся в валентной области.

При равновесии уровни Ферми п/п и Ме выравниваются.

ЗС лежит в основном в толще п/п.

При подключении внешней батареи в прямом направлении потенциальный барьер снижается, сопротивление ЗС уменьшается и через ЗС течёт ток за счёт перемещения электронов в Ме.

При подключении обратного напряжения _кповышается, поток электронов практически прекращается, но под действием поля возможно движение дырок в Ме. Но этот ток мал, т.к. образован неосновными носителями – дырками.

Б) e_0n<<e₀

При таком контакте искривление энергетических зон n-п/п в результате значительной величины_кочень велико и в некоторой части ЗСLобразуетсяL’<L, где будет слойp-проводимости, т.е. инверсный слой.

На диаграмме об этом свидетельствует расположение уровня Ферми ниже середины ЗЗ.

Образование инверсного слоя с физической точки зрения объясняется недостатком свободных электронов в n-п/п для достижения равновесного состояния.

Равновесие достигается за счёт перехода в Ме валентных электронов, при этом образуется избыток дырок в приконтактной области. Таким образом, в приконтактной области образуется плавный p-n-переход.

W

Меn x

eφ_K

eφ₀ eφ_0n W_с

W_Ф

ЗП W_В

2LВЗ

В) В случае контакта Ме с n-п/п, еслиe_0n >e₀ , электроны из Ме переходят в п/п. Вблизи границы образуется слой с повышенной концентрацией основных носителей. Такой слой называется антизапирающим. Контакт называется выпрямляющий (удельное сопротивление ЗС мало), или омическим переходом. Используется для осуществления электрических выводов от областейp- иn-п/п различных электронных приборов.