Ёмкость p-n – перехода

p-n – образует плоский конденсатор пластины –более низкоомные р и n области, прилегающие к границам p-n- перехода, диэлектрик - обеднённый слой.

S-площадь p-n – перехода

•прямое напряжение: U>0 d↑ C↓ повышение U

•обратное: U<0 d↓ C↑

Вольт-фарадная характеристика p-n – перехода (ВФХ)

Зависимость

Из ВФХ определяем U_к

Вольт-фарадный метод определения концентрацией примеси.

Из измерения ёмкости p-n – перехода можно определить концентрацию примеси

Перенос заряда в p-n –переходе

Прямое смещение- источника напряжена n-область источник напряжения на р- области

Зонная модель p-n- перехода

-уменьшает контактную разность потенциалов, барьер p-n – перехода уменьшается на величину qU –термодинамическое равновесие нарушается следовательно происходит инжекция электронов в р – область, дырок в n- область, через p-n – течёт прямой электрический ток, образованный основными носителями.

Обратное смещение - на n – область; на p-область

-внешнее электрическое поле совпадает по направлению с внутренним полем p-n – перехода.

Зонная модель p-n – перехода

Потенциальный барьер p-n – перехода увеличивается на qU –происходит перенос не основных носителей через p-n – переход:

• дырок из n – области в p - область

• электронов из p – области в n – область

Возникает обратный ток, образованный не основными носителями.

Плотность прямого и обратного тока зависит от приложенного напряжения

j=j_s( ) U>0 – прямое смещение; U<0 – обратное

j_s- ток насыщения (имеет диффузионную природу )

j_s=q( )

L_n , L_{p –} диффузионная длина D_n, D_p- коэффициент диффузии n_p , p_n – концентрация не основных носителей в р и n – областей p-n – перехода соответственно

При прямых смещениях n>>кт/q барьер p-n – перехода уменьшается (снимается) и прямой ток линейно зависит от U

При обратном смещении U>кт/q обратный ток достаёт насыщения: j_обр=j_s и в дальнейшем может произойти резкое возрастание j_обр – возникает при высоких обратных напряжениях.

При высоких обратных напряжениях возникает разное возрастание обратного тока (j_обр>>J_s) – явление пробоя p-n - перехода может быть обратимым и необратимым.

Омический контакт

М-П (n- тип), Ф_м<Ф_п

Зонные модели М и П до контакта

Зонная модель омического контакта

Так как Ф_м>Ф_n , то при контакте электроны из М перейдут в П, а на границе контакта возникает в объёме П – слой, обогащённый основным носителем; сопротивление этого слоя R_конт меньше сопротивления объёма П.

Происходит искривление зон П – вниз. Внешнее напряжение будет падать на объёме П (R_n>>R_к), поэтому так через контакт будет – линейная функция от U (как для омического сопротивления)

Гетеропереходы (гп)

- контакты П с разными запрещёнными зонами.

Различают классические гетеропереходы (квантово-размерные структуры)

Классические ГП - полупроводники, структуры на трёх мерном электроне, газе;

Нано ГП – на низкомерном электроне, газе.

Классический анизотипный переход

- контакт широкозонного полупроводника n –типа (∆ dn) с полупроводником p –типа (∆ dp<∆ dn)

n и p – полупроводник до контакта

∆ +∆ = - ∆ = - ∆ =( - )=∆

ГП в равновесии (U=0)

При контакте – в результате обмена носителями → Fn = Fp и происходит искривление зон:

в n-типе: вверх

в p-типе: вниз.

В зоне проводимости структуры возникает разрыв, равный ∆Ec – барьер для электронов,

а в валентной зоне – разрыв - ∆Ev – барьер для дырок.

В состоянии равновесия ток равен нулю через переход, между n- и p- области полупроводников возникает диффузионная потенциал:

, где ε – диэлектрическая проницаемость , Nd и Nа – концентрация доноров в n – полупроводника и акцепторов в p – полупроводника.

Отличия p-n гетероперехода.

потенциальные барьеры для электронов и дырок – различные.

При прямом смещении – возникает явление односторонней инжекции электронов в p-обл., инжекции дырок – не происходит, т.к. барьер для дырок значительно больше , чем для электронов – это улучшает характеристики приборов.

Прямое смещение

«-» -на n-обл. «+» - на p-обл.