13.Виды электронно-дырочных переходов.

Комбинация двух полупроводниковых слоев с разным типом проводимости обладает выпрямляющими или вентильными свойствами. Поверхность, по которой контактируют слои p n, называется металлургической границей, а прилегающая к ней область объемных зарядов – p-n переходом.

P-n переходы классифицируют по резкости металлургической границы и по соотношению удельных сопротивлений слоев.

Ступенчатые переходы – переходы с идеальной границей, по одну сторону которой находятся доноры с постоянной концентрацией , а по другую акцепторы с постоянной концентрацией .

Плавные переходы – переходы, у которых в районе металлургической границы концентрация одного типа примеси постепенно уменьшается, а другого – растет. Сама граница лежит в том месте, где п/п – компенсированный ( ).

По соотношению концентраций примесей в p- и n- слоях переходы делят на симметричные, несимметричные и односторонние.

Симметричные переходы характерны условием (концентрации примесей в соответствующих слоях). У несимметричных условие не выполняется. Если концентрации примесей (значит, основных носителей) различаются на 1–2 порядка и более, то переход – односторонний.

Идеализированный контакт полупроводник-полупроводник.

В большинстве случаев p-n переход можно идеализировать, т.е. полностью пренебречь наличием свободных носителей в переходе и считать границы перехода идеально резкими. Переход в целом нейтрален: положит. заряд в левой части равен отрицательному в правой. Но плотности зарядов отличаются, т.к. разные концентрации примесей. Различны протяженности обедненных слоев: в слое с меньшей концентрацией примеси область объемного заряда шире.

Область перехода является наиболее высокоомной частью всей диодной структуры, потому что внутри перехода есть участок с собственной концентрацией носителей.

Потенциальный барьер, зонная теория p-n переходов.

На рисунке диаграммы перехода до и после контакта. Единство уровня Ферми в равновесном p-n переходе приводит к искривлению зон в районе металлургической границы. В результате образуются разность потенциалов (потенциальный барьер) и электрическое поле, свойственное больцмановскому равновесию (это когда есть градиент концентрации и электр. поле, но их влияние уравновешивается и тока нет).

Анализ равновесного p-n перехода. Высота потенц. барьера, зав-ть от температуры и концентрации.

Высота потенц. барьера:

Равновесная высота потенциального барьера тем выше, чем меньше собственная концентрация (чем больше ширина ЗЗ). Температурная чувствительность барьера выражается в виде: .

Плотности заряда при идеализированном распределении постоянны: ; . Подставляя эти значения в уравнение Пуассона и интегрируя дважды, получим линейное распределение напряженности Е и квадратичное распределение электрического потенциала .

При x=0 получаем соотношение между составляющими ширины перехода в n- и p- слоях: .

В несимметричном (и особ. одностороннем) переходе n⁺-p выполняется . Значит, и .

При x=0 и

Ширина потенциального барьера в несимметрич: , N – конц. примеси в высокоомном слое перехода.

Ширина равновесного плавного перехода: , N’ – градиент эффективной концентрации. Так как он одинаков в обоих частях перехода, то переход симметричен.