9. Емкость р-n-перехода.

Еще одной замечательной особенностью р–n-перехода является то, что он обладает емкостными свойствами. Действительно , по обе стороны р-n-перехода возникают объемные электрические заряды неподвижных ионов примесей, разделенные между собой запирающим слоем, имеющим очень высокое удельное сопротивление, что можно рассматривать как конденсатор, обкладками которого являются р и n области полупроводника, разделенные переходом . Различают барьерную и диффузионную емкость р–n-перехода.

Барьерная емкость определяется , как

, (14)

где:

- высота потенциального барьера;

U - напряжение внешнего источника , приложенное к р-n - переходу;

Со - емкость р-n перехода при отсутствии внешнего источника ( U=0)

, (15)

где:

S - площадь запирающего слоя;

- диэлектрическая проницаемость вакуума;

- относительная диэлектрическая проницаемость;

- толщина запирающего слоя.

Как уже было отмечено выше, обратное напряжение, приложенное к р-n-переходу приводит к увеличению толщины запирающего слоя и, следовательно, к снижению барьерной емкости. И , наоборот, прямое напряжение, приложенное к р-n-переходу, уменьшает толщину запирающего слоя и увеличивает барьерную емкость.

Диффузионная емкость р–n-перехода С диф. образуется при подключении внешнего источника в прямом направлении ( U > 0 ).Инжекция носителей заряда при этом из одной области кристалла в другую приводит к возникновению около запирающего слоя зарядов противоположной полярности. Это явление схоже с процессами в конденсаторе, изменение зарядов на обкладках которого, пропорционально изменению приложенного напряжения.

, (16)

где:

- изменение величины инжектированного заряда из одной области в другую;

- изменение величины приложенного напряжения.

При прямом напряжении, приложенном к р-n-переходу, барьерная емкость меньше диффузионной.

При обратных напряжениях, превышающих десятые доли вольта, диффузионная емкость практически равна нулю и следует учитывать лишь барьерную емкость р-n-перехода.

10. Другие типы p-n-переходов.

Контакт металл - полупроводник возникает в месте соприкосновения полупроводникового кристалла n или р - типа проводимости с металлами. Происходящие при этом процессы определяются соотношением работ выхода электрона из металла Ам и из полупроводника Ап. Под работой выхода электрона понимают энергию, необходимую для переноса электрона с уровня Ферми на энергетический уровень свободного электрона. Через контакт полупроводника с металлом происходит переход электронов из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода. В месте контакта происходит перераспределение электрических зарядов и возникает электрическое поле и контактная разность потенциалов:

(17)

В зависимости от типа электропроводности полупроводника и соотношения работ выхода в кристалле может возникать слой либо обедненный , либо обогащенный носителями электрических зарядов. Когда работа выхода электрона из металла Ам меньше, чем из полупроводника Ап, электроны с большей вероятностью переходят из металла в полупроводник. Если при этом полупроводник n - типа проводимости, то это приводит к появлению обогащенного электронами слоя, а если полупроводник р- типа , то это приводит к появлению обедненного дырками слоя или даже слоя с проводимостью типа n в полупроводнике р - типа - это так называемый инверсный слой.

Когда же Ам > Ап, то в полупроводнике n - типа образуется обедненный слой или даже инверсный, а в полупроводнике р- типа - обогащенный.

В обедненных слоях объемный заряд возникает из-за появления нескомпенсированных основными носителями зарядов ионов примеси, а в обогащенных - благодаря накоплению основных носителей заряда.

Обогащенный слой обусловливает малое сопротивление приконтактной области, но вентильное свойство здесь не проявляется. При наличии обедненного или инверсного слоя контакт металл - полупроводник обладает вентильными свойствами и подобен уже рассмотренному выше р-n-переходу.

Отличительной особенностью контакта металл - полупроводник является то, что в отличие от обычного p-n-перехода здесь высота потенциального барьера для электронов и дырок разная. В результате такие контакты могут быть при определенных условиях неинжектирующими, то-есть при протекании прямого тока через контакт в полупроводниковую область не будут инжектироваться неосновные носители, что очень важно для высокочастотных и импульсных полупроводниковых приборов.