8

Лабораторная работа №8 изучение емкости р-п-перехода

Цель работы: Изучить зависимость барьерной емкости р-п-перехода от напряжения, определение типа перехода (плавный или рез­кий), контактной разности потенциалов и концентрации носителей заряда в базе диода.

Краткие теоретические сведения Барьерная емкость

Электрический переход между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность n-типа, а другая - р-типа, называется электронно-дырочным переходом (или р-n-переходом рис.8.1 а). В p-n-переходе на границе раздела р- и n-областей сущест­вует градиент концентрации носителей заряда. В n-области электронов значительно больше, чем в р-области (где они являются неосновными носителями заряда), и наоборот, в р-области дырок больше, чем в п-области. Вследствие наличия градиентов концентрации электроны и дыр­ки диффундируют в р- и n-области соответственно. Область перехода при этом обедняется основными носителями заряда (рис. 8.1 б). При уходе электронов из п-области в ней остается нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси, а при уходе дырок из р-области в ней образуется нескомпенсированный отрицательный за­ряд ионов акцепторной примеси (рис. 8.1 в). Вследствие появления нескомпенсированных объемных зарядов в области p-n-перехода обра­зуется внутреннее электрическое поле, под действием которого возни­кают дрейфовые потоки электронов и дырок, по направлению противо­положные диффузионным. В равновесном состоянии диффузионные и дрейфовые потоки носителей заряда уравновешивают друг друга.

При подаче на n-областъ положительного, а на р-область отрица­тельного напряжения (так называемое обратное смещение перехода) основные носители в обеих областях будут оттягиваться электрическим полем от границы раздела, создавая тем самым дополнительные нескомпенсированные заряды ионов примеси за счет расширения обла­стей обеднения основными носителями заряда (рис. 8.1 в). Таким обра­зом, приложенное к p-n-переходу напряжение в обратном направле­нии приводит к накоплению неподвижных зарядов вблизи границы раздела р- и n- областей , т.е. обратно смещенный переход обладает электрической емкостью. Далее будет показано, что величины зарядов нескомпенсированных примесей вблизи p-n-перехода зависят от на­пряжения нелинейно. Поэтому обратно смещенный p-n-переход нель­зя охарактеризовать единой численной величиной емкости по формуле ,как это возможно для обычных конденсаторов. В этой связи вводится понятие дифференциальной емкости

(8.1)

Видно, что дифференциальная емкость характеризует "скорость" изменения заряда областей пространственного заряда с напряжением при каждой фиксированной величине обратного смещения. Емкость, связанная с накоплением зарядов нескомпенсированных примесей (до­норов и акцепторов) вблизи p-n-перехода, носит название барьерной. Термин "барьерная" отражает тот факт, что указанные заряды обус­лавливают наличие большого энергетического барьера между р- и п-областями перехода при обратном смещении.

Гис. 8.1. Распределение свободных и связанных зарядов в р-n- переходе:

а - р-п-переход;

б - распределение концентраций свободных носителей заряда;

в - распределение плотности объемного заряда;

г - распределение плотности объемного заряда при подаче обратного смешения.