![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Тема 1. Элементы квантовой механики
- •Корпускулярно-волновые свойства света.
- •1.2 Соотношения неопределенностей Гейзенберга.
- •1.3.Волновое уравнение частицы.
- •1.4. Движение частиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
- •1.5 Линейный гармонический осциллятор.
- •1.6 Электрон в атоме водорода
- •Тема 2. Кристаллические решётки
- •2.1 Структура и виды кристаллических решёток, их характеристики.
- •2.2 Дефекты реальных кристаллических материалов их влияние на свойства твердых тел.
- •Тема 3. Элементы зонной теории твердых тел
- •3.1.Обобществление электронов в кристалле. Зонный характер энергетического спектра электронов в кристалле.
- •Ядра соседних атомов, притягивая электрон, ослабляют его связь
- •В результате взаимодействия одни уровни смещаются вверх,
- •3.2. Зоны Бриллюэна. Число уровней в разрешённых зонах. Заполнение зон электронами и электрические свойства твердых тел
- •3.3. Зонные диаграммы металлов, полупроводников и диэлектриков.
- •3.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках
- •Тема 4. Статистика носителей зарядов в полупроводниках и металлах
- •4.1.Основные понятия статистической физики.
- •4.2 Микрочастицы и макроскопические системы . Термодинамическое и статистическое описание идеального электронного газа.
- •4.3. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •4.4. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •Определение положения уровня Ферми
- •4.5.Неравновесные носители
- •Тема 5. Электропроводность твердых тел
- •5.1 Тепловое движение и его средняя скорость.
- •5.3 Дрейфовый ток
- •5.4.Диффузионный ток
- •Эффект Холла
- •5.6.Эффект Ганна.
- •Тема 6.Поверхностные явления в полупроводниках
- •Тема 7. Контактные явления и электрические переходы
- •7.1 Работа выхода электронов из металла и полупроводника.
- •7.2 Контакт металл-металл. Контактная разность потенциалов.
- •7.3.Термоэлектрические явления
- •7.4.Контакт металл-полупроводник: выпрямляющий (барьер Шотки) и невыпрямляющий (омический) контакты
- •7.6. Прямое включение p-n-перехода.
- •7.7. Обратное включение p-n-перехода.
- •7.8 Инжекция неосновных носителей
- •7.9. Вольт-амперная характеристика идеального р - n перехода
- •7.10 Отличие вольт-амперной характеристики р-n перехода от теоретической
- •7.11.Туннельный эффект в электронно-дырочном переходе.
- •Тема 8. Физические основы оптоэлектроники и квантовой электроники 4 часа
- •8.1.Основные понятия фотометрии. Основные энергетические и фотометрические величины.
- •8.2.Фотопроводимость полупроводников.
- •8.3.Фотоэлектрические эффекты в p-n-переходе. Влияние светового потока на вах p-n-перехода.
- •8.4. Основные виды генерации оптического излучения в полупроводниках:
- •8.6. Внешняя квантовая эффективность
- •8.7.Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел.
- •8.8.Спектральные свойства активной среды. Ширина спектральной линии, причины ее уширения.
- •8.10.Методы создания инверсии населенностей.
- •Тема 9. Физические основы вакуумной и плазменной электроники
- •9.2 Типы эмиссии:
- •9.3 Термоэлектронные катоды
- •9.7.Токопрохождение в вакууме. Конвекционный, наведенный и полный ток.
- •9.8 Электрический разряд в газах. Возбуждение и ионизация атомов газа.
- •1.2. Задачи
- •Пример решения
- •2. Статистика носителей зарядов в полупроводниках и металлах 4 часа
- •2.1. Краткие теоретические сведения
- •2.2 Задачи для решения
- •3.1. Краткие теоретические сведения
- •3.2. Задачи
- •3.3. Примеры решения задач
- •4. Поглощение и излучение света 4 часа
- •4.2 Задачи
- •4.3 Примеры решения задач
7.6. Прямое включение p-n-перехода.
Если
к переходу подключить внешний источник
с напряжением
,
как показано на рис. 7.6, а, таким
образом, что вектор напряженности
образованного им электрического поля
будет направлен встречно вектору
напряженности внутреннего поля
,
то в результате уменьшится разность
потенциалов между областями (рис. 7.6, б):
,
(7.8)
напряженность суммарного электрического поля в p-n-переходе также уменьшится:
,
(7.9)
соответственно
снизится высота потенциального барьера
до величины
и сузится область p-n-перехода.
Причем зависимость ширины перехода от
напряжения на нем описывается выражением
. (7.8)
Большое
число основных носителей оказывается
способным преодолеть снизившийся
потенциальный барьер p-n-перехода,
и через него начинает протекать
значительный ток, который будет расти
при увеличении приложенного напряжения,
поскольку будет расти число носителей,
способных преодолеть пониженный
потенциальный барьер. Диффузионная
составляющая тока через p-n-переход
будет значительно выше дрейфовой
составляющей
.
Ток, протекающий через переход, называют
прямым током
,
а напряжение рассмотренной полярности
называется прямым напряжением
и считается положительным. При прямом
включении p-n-перехода
происходит инжекция
носителей заряда – диффузионный
перенос основных носителей в область,
где они становятся неосновными.
Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов, в которых концентрация легирующей примеси в одной из областей перехода много выше, чем в другой области. В таком переходе более легированную область называют эмиттер, а менее легированную – база. Инжекцию в таких переходах можно считать односторонней, поскольку преобладает инжекция носителей из эмиттера в базу.
7.7. Обратное включение p-n-перехода.
Если
к переходу подключить внешний источник
с напряжением
,
как показано на рис. 7.7, а, таким
образом, что вектор напряженности
образованного им электрического поля
будет сонаправлен с вектором напряженности
внутреннего поля
,
то в результате увеличится разность
потенциалов между областями (рис. 7.7, б):
,
(7.9)
напряженность суммарного электрического поля в p-n-переходе также увеличится
,
(7.10)
соответственно
повысится высота потенциального барьера
до величины
и расширится область p-n-перехода.
Зависимость
ширины перехода от обратного напряжения
на нем описывается выражением
. (7.11)
В
таких условиях основные носители
оказываются неспособными преодолеть
повысившийся потенциальный барьер
p-n-перехода,
и через него протекает незначительный
по величине ток неосновных носителей,
для которых суммарное поле перехода
является ускоряющим, т.е.
.
Таким
образом, обратный ток перехода в отличие
от прямого является дрейфовым, его
величина практически не зависит от
напряжения, поскольку не меняется число
носителей, создающих его. Напряжение
рассмотренной полярности называется
обратным напряжением
и считается
отрицательным. При обратном включении p-n-перехода происходит экстракция носителей заряда – дрейфовый перенос неосновных носителей в область, где они становятся основными.
Поэтому через р-n переход будет протекать результирующий ток, называемый обратным током, и который оказывается меньше нуля
Iобр=
Iдиф
- Iпров
Iпров
= Is
<0.
Обратный ток получается небольшим (в тысячи и более раз меньше прямого тока), т.к. концентрация неосновных носителей мала и кроме того, сопротивление р-n перехода при обратном включении очень велико.
Процесс выведения носителей заряда из области полупроводника, где они являются неосновными, через р-n переход электрическим полем, созданным действием внешнего напряжения, называется экстракцией.
Таким образом, р-n переход обладает односторонней проводимостью – он хорошо проводит ток при прямом и плохо – при обратном включении.
Следует также отметить, что ширина р-n перехода зависит от концентрации примесей (удельного сопротивления) в областях р и n, величины и полярности приложенного напряжения. Ширину р-n перехода, к которому приложено внешнее напряжение, можно определить по следующей формуле
,
(7.12)
где
- относительная диэлектрическая
проницаемость кристалла;
о
- электрическая постоянная ;
NД, NА – концентрация донорных и акцепторных примесей;
U – внешнее напряжение, которое подставляется в формулу со знаком минус, если оно обратное.
Соотношение (7.12) показывает, что с увеличением концентрации примесей в р и n областях (с уменьшением удельного сопротивления) ширина (толщина) р-n перехода уменьшается. При обратном включении и при увеличении обратного напряжения ширина перехода увеличивается, а при прямом включении – уменьшается.