Билет 30. P-n переход в равновесном состоянии.

Рассмотрим высоту равновесного потенциального барьера

(1), где и -электростатические потенциалы в глубине p- и n-областей.

Запишем потенциалы через концентрации свободных электоронов , где нулевой индекс соответствует равновесному состоянию. Подставим в (1) , где - диффузионный потенциал (или контактная разность потенциалов). Он образуется в результате диффузии носителей через переход и противодействует диффузионным потокам носителей. P-n переход не может происходить путём спайки или сварки соответствующих компонентов.

Высоту можно выразить через удельное сопротивление слоёв ,

где и -подвижность. Для нахождения ширины потенциального барьера воспользуемся распределением примесей (а) и плотностей зарядов (б). Пусть поле направлено вдоль оси х и отсутствует в поперечных направлениях. Соответственно напряженность электрического поля равна нулю вне перехода и изменяется в пределах перехода:

.

Приравнивая и получаем соотношение м-ду шириной перехода в p и n слоях .

Используя и вышеприведенные формулы получаем .

Билет 31. P-n переход в неравновесном состоянии.

П одключим источник ЭДС U между p- и n- слоями. При этом происходит протекание тока в системе. Высота потенциального барьера должна измениться, причём на значение равное ЭДС. Когда U приложена плюсом к p- слою высота барьера уменьшается (прямое включение) , иначе обратное. Изменение высоты барьера приводит: 1).К изменению ширины перехода , где - равновесная ширина потенциального барьера. Переход сужается при и расширяется при ; 2) К изменению граничных концентрации носителей. Концентрация основных носителей заряда: и . Если U приложено в прямом направлении, то концентрации и на границе перехода возрастают по сравнению с равновесными значениями и , т.е. в каждом из слоев появляются избыточные неосновные носители, т.е. происходит инжекция. Иначе происходит экстракция.

Значение избыточных концентраций

.

В несимметричных переходах инжекция имеет односторонний характер (из-за большой разницы концентраций и ): неоновные носители инжектируются в основном из низкоомного слоя в высокоомный. Инжектируемый слой с малым сопротивлением называют эмиттером, а слой с большим удельным сопротивлением в который ижектируются неосновные для него носители базой.

Билет 32. Невыпрямляющий контакт металл-полупроводник

Это значит, что энергетические уровни, соответствующие зоне проводимости полупроводника, заполнены в металле больше, чем в полупроводнике. Значит, после соприкосновения слоёв часть е перейдёт из металла в полупроводник и создаст “-” заряд на границе с металлом. Наличие дополнительных е приведет к приближению уровня Ферми к дну зоны проводимости, значит энергетические уровни полупроводника искривляются вниз. Для n типа наоборот.

О бмен е обусловлен разностью работ выхода. Работа выхода – энергетическое расстояние м-ду уровнем свободного е вне твердого тела и уровнем Ферми. Концентрация основных носителей в приконтактном граничном слое полупроводника понижена, следовательно граничный слой обладает повышенным удельным

Сопротивлением и по этому определяет сопротивление всей системы.

Билет 33. Выпрямляющий контакт металл - полупр.

П усть для контакта металла с полупроводником p- типа имеет место соотношение . В этом случае зоны в полупроводнике искривляются вверх. Граничные слои оказываются обогащенными основными носителями. Удельные сопротивления граничных слоев, оказываются значительно меньше, чем нейтральных слоев полупроводника, значит наличие граничного слоя оказывается малосущественным, с точки зрения общего сопротивления.

Билет 34. Идеальная модель диода. Концентрация носителей и ВАХ.

Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно-дырочный переход. Примем следующие допущения: 1). Слой базы – вырожденный электронный полупроводник; 2). Концентрация дырок, инжектируемых в базу, невелика, т.е. низкий уровень инжекции, нет дрейфовой составляющей электронного тока в эмиттере;

3). Падение напряжения в нейтральном слое базы значительно меньше внешнего напряжения; 4). Пренебрегаем процессами рекомбинации и генерации в области перехода;

5). Пробойного эффекта нет в переходе; 6). Отсутствуют поверхностные утечки.

При прямом смещении перехода концентрация дырок на его базовой границе повышается и избыточные дырки диффундируют в глубь базы. По мере удаления от перехода концентрация дырок убывает и в установившемся режиме происходит распределение избыточных дырок. Инжекция дырок в базу нарушает её нейтральность и вызывает приток избыточных е из внешней цепи. Эти е располагаются так, чтобы компенсировать поле дырок, т.е. накапливаются там же где и дырки. Полная концентрация дырок и электронов в базе .

Формула ВАХ