Лекція 3

Тема: Фізичні основи утворення електронно - діркового переходу (р-n переходу).

1. Формування контакту “напівпровідник - напівпровідник”. Фізичні процеси утворення р-n переходу.

2. Робота р-n переходу при прямій напрузі, його вольт-амперна характеристика.

1. Принцип дії напівпровідникових приладів в багатьох випадках визначається з’єднанням або контактом між напівпровідником та металом, напівпровідником та діелектриком, напівпровідником та напівпровідником. У останньому випадку виникає електронно - дірковий перехід (р-n перехід).

Р-n перехід – область, яка виникає на межі з’єднання двох домішкових напівпровідників з різними типами провідності (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема створення р-n переходу.

У напівпровідниках р-типу основні носії заряду – дірки; у напівпровідниках n-типу – електрони. При з’єднанні таких напівпровідників проходить дифузія носіїв заряду з однієї області в іншу.

Внаслідок дифузії в області р на межі з’єднання виникає об’ємний негативний заряд; в області n на межі з’єднання виникає об’ємний позитивний заряд. Різниця потенціалів між об’ємними зарядами називається потенціальним бар’єром. Його виникнення перешкоджає подальшій дифузії основних носіїв заряду з однієї області в іншу.

Таким чином, р-n перехід може буди охарактеризований наступними параметрами:

- величиною потенціального бар’єру;

- шириною (товщиною) області, в межах якої проходить дифузія.

2. Величина потенціального бар’єру може змінюватися у тому випадку, якщо до р-n переходу підключається зовнішнє джерело напруги (рисунок 3.2).

— +

Іпр

Uпр

Рисунок 3.2 – Робота р-n переходу при прямому включенні.

При включенні джерела напруги відповідно рисунку 3.2 заряди цього джерела частково або повністю компенсують об’ємні заряди у р-n переході. Це призводить до того, що потенціальний бар’єр спочатку знижується, а потім зовсім зникає. В останньому випадку основні носії зарядів можуть вільно переміщуватись з однієї області в іншу, тобто електрони переміщуються з області n в область р, дірки – з області р в область n.

Крізь напівпровідникову структуру та р-n перехід тече струм. У цьому випадку р-n перехід включено у прямому напрямку. Струм, що тече крізь р-n перехід, називається прямим.

Залежність між прямою напругою та прямим струмом р-n переходу відображається на вольт-амперній характеристиці (рисунок 3.3).

Іпр 2

1

0 Uпр

Рисунок 3.3 – Вольт-амперна характеристика р-n переходу при прямому включенні.

На вольт-амперній характеристиці (рисунок 3.3) є дві ділянки:

– це ділянка, на якій відсутня пряма пропорційність між напругою та струмом. Це пояснюється тим, що при невеликих значеннях прямої напруги об’ємний заряд р-n переходу повністю не скомпенсовано.

– на цій ділянці існує пряма пропорційність між напругою та струмом. Це пояснюється тим, що у цьому випадку, тобто на цій ділянці, об’ємний заряд р-n переходу весь скомпенсований.