1. Механізм утворення p-n переходу.

В основі більшості напівпровідникових діодів і транзисторів лежить контакт двох напів-провідників з різним типом електропро-відності. Такий контакт називають електронно-дірковим переходом або p-n переходом. Він може бути отриманий, наприклад, шляхом дифузії донорної домішки в напівпровідник p-типу. Ідеалізована одномірна структура p-n переходу зображена на рис. а). Для простоти будемо вважати, що концентрація легуючої домішки в областях n і p типу розподілена рівномірно, причому концентрація донорної домішки N_D в n-напівпровіднику значно більше, ніж концентрація акцепторної домішки N_A в p-напівпровіднику (N_D>> N_A). Область із більшою концентрацією домішки назвається емітером, а область із меншою концентрацією домішки - базою. Це припущення дозволяє вважати, що повний струм через p-n перехід визначається переважно складовою струму із емітера в базу (в даному випадку - електрон-ною складовою, а діркова складова струму через p-n перехід мала і нею можна знехтувати):

Прослушать

i = i_n + i_p  i_n.

Розподіл концентрації електронів уздовж осі x показано на рис. б). Так як концентрація електронів в n-напівпровіднику n_n (основні носії заряду) значно перевищує концентрацію електронів в p-напівпровіднику n_p (неосновні носії заряду), то в площині контакту виникає дифузія електронів з n-області у p-область. Аналогічні міркування приводять до дифузії дірок з p-області у n-область. Таким чином через p-n перехід протікають дифузійні потоки основних носіїв заряду (ПОНЗ). Коли електрони переходять з напівпровідника n-типу в p-область, вони залишають у приконтактній області n-напівпровідника нескомпенсований позитивний нерухомий заряд іонів донорів Q_D+. Аналогічно в приконтактній області p-напівпровідника з'являється рівний за величиною нескомпенсований негативний нерухомий заряд іонів акцепторів Q_A-. На рисунку б) відповідні області заштриховані й позначені. Таким чином в області контакту з'являється вбудоване електричне поле локалізоване поблизу кордону x₀. Будемо характеризувати його контактною різницею потенціалів _K. Поле що виникло перешкоджає руху основних носіїв через перехід і є причиною появи зустрічного дрейфового руху електронів з p-області у n-область. Таким чином, потоки неосновних носіїв заряду по своїй природі є дрейфові.

2. P-n перехід в зовнішньому електричному полі.

Розглядаючи процеси в p-n переході при подачі зовнішньої напруги будемо так само вважати, що опір збідненої області, де рухомих носіїв заряду практично немає, значно більше, ніж опір областей n та p типу поза переходом. Це допущення дозволить вважати, що вся зовнішня напруга падає на p-n переході, а контактна різниця потенціалів на кінцях напівпровідника, відповідно змінюється до величини _K±U_{зовнішнє}, де знак "+" відповідає накладанню прямої напруги на p-n перехід (рис.а), а знак "-" подачі зворотньої напруги (рис.г).

Розподіл потенціалу вздовж структури p-n переходу показаний на рис.б та рис.д.

При прямій напрузі (U_{зовнішнє}>0) зменшення потенційного бар'єру призводить до переважання потоку електронів з емітера в базу (ПОНЗ) над потоком електронів з бази в емітер (ПННЗ). При цьому електрони інжектуються в базу, концентрація електронів на кордоні x_p зростає і значно перевищує рівноважну концентрацію в базі. Таким чином, інжекція електронів базу призводить до появи нерівноважних носіїв у базі. Внаслідок виникнення перепаду концентрації в базі починається процес дифузії електронів від межі переходу x_p в глибину p-бази. По мірі руху нерівноважна концентрація зменшується за рахунок рекомбінації. Таким чином, три процеси визначають розподіл нерівноважної концентрації в базі p-n переходу при прямій напрузі:

Інжекція - викликає збільшення граничної концентрації, тобто приводить до появи нерівноважних носіїв заряду в базі;

Дифузія - є причиною руху електронів через базу;

Рекомбінація - призводить до зменшення нерівноважної концентрації в базі далеко від p-n переходу.

Провівши аналогічні міркування для зворотного зміщення, зазначимо таке: p-n перехід при зворотному зміщенні екстрагує (виводить) електрони з бази. Гранична концентрація зменшується в порівнянні з рівноважною. Три процеси визначають зворотний струм p-n переходу:

Екстракція електронів з бази;

Дифузія їх з глибини бази до межі переходу;

Генерація пар електрон - дірка в області переходу.

Збільшення температури p-n переходу приводить до збільшення теплового струму, а, отже, до зростання прямого і зворотного струмів.

 Збільшення концентрації легуючих домішок призводить до зменшення теплового струму, а, отже, до зменшення прямого і зворотного струмів p-n переходу.

№4. ПР	Тема: ВАХ p-n переходу.
	ВАХ ідеального p-n переходу.
	ВАХ реального p-n переходу.
	Вплив температури на ВАХ p-n переходу.
	Ємності p-n переходу.