Зворотне вмикання p – n – переходу

Рисунок 4 Електричні процеси в р-n – переході при підключеній

зовнішній напрузі в зворотному напрямі

При зміні полярності напруги електричне поле створене зовнішнім джерелом буде узгоджено діяти з дифузійним полем і ширина p–n–переходу збільшиться, а відповідно струм неосновних носіїв заряду, які попадають в поле дії p–n–переходу. Неосновні носії заряду будуть захвачуватись і переноситися через p–n–перехід, тобто буде проходити “відтік” неосновних носіїв заряду через перехід. Цей процес називається екстракцією. В зв’язку з тим, що ширина p–n–переходу збільшилася, то буде зменшуватися складова струму, обумовлена дифузією носіїв заряду, і загальний струм буде рівний:

При збільшенні зовнішньої напруги дифузійна складова буде зменшуватися і наближатися до нуля, а через p–n–перехід буде проходити зворотний струм, який практично не залежить від зовнішньої напруги, тому що створюється парами носіїв заряду при термічній генерації. Розглядаючи несиметричний p–n– перехід, можна зробити такі висновки:

При одних і тих же концентраціях домішок висота потенційного бар‘єру в p–n–переході більше в тих приладах, які створені із напівпровідників із великою забороненою зоною.

Висота потенційного бар’єру збільшиться при збільшенні концентрації домішок у відповідних областях.

Зі збільшенням температури навколишнього середовища висота потенційного бар’єру зменшується.

Крім p–n–переходу симетричного або несиметричного, різкого або плавного, в напівпровідникових приладах використовуються наступні переходи.

Переходи 1. 2.

1. Переходи, які створені в напівпровідниках з однією провідністю, але різною концентрацією домішок. За рахунок дифузії носіїв із області з більшою концентрацією в область з меншою концентрацією на межі розподілу створюється збіднений шар і різниця потенціалів. Такий напівпровідник має односторонню провідність (як і p–n–перехід). Використовується дуже рідко.

2. Переходи створені в одному напівпровідникові, у якого є область з домішками і чистий напівпровідник із власною провідністю.

Використовується у напівпровідникових приладах для збільшення зворотної напруги (пробивної напруги).

Перехід метал – напівпровідник (перехід Шоткі).

Крім розглянутих переходів застосовуються гетеро переходи. Це перехіди, які створюються на межі двох матеріалів, які мають різну ширину забороненої зони. Характерним представником є перехід створений між металом і напівпровідником. Напівпровідник може бути з провідністю як акцепторною, так і донорною. Цей перехід отримав назву переходу Шоткі.

В металі заборонена і валентна зони перекривають одна одну. Відповідно енергія електронів в металі значно більша енергії носіїв заряду напівпровідника. Якщо взяти метал і р- напівпровідник то рівень Фермі металу буде лежати значно вище рівня Фермі напівпровідника.

Рисунок 5 Електричні процеси в переході Шоткі

При контакті напівпровідника з великою забороненою зоною і металу, буде проходити дифузія електронів із металу в напівпровідник. Ці електрони займуть вільні зв’язки напівпровідника. Електрони та дірки, створені за рахунок термічної генерації, будуть проходити через перехід вільно, на них не буде впливати різниця потенціалів, яка створилася за рахунок позитивно заряджених іонів металу і негативних іонів напівпровідника. Ці процеси будуть відбуватися доки не наступить динамічна рівновага, тому енергетичні рівні в області контакту будуть скривлені, як і на p–n–переході. Але ширина скривлених зон (переходу) буде значно менше, ніж на переході двох напівпровідників. Ця ширина отримала назву дебаївської довжини.

Таким чином електрична нейтральність матеріалу збереглася, рівень Фермі залишився на одному рівні для двох матеріалів, а перехід буде мати такі ж властивості, як і p–n–перехід.

В залежності від полярності прикладеної напруги, перехід Шоткі може бути ввімкнений як в прямому, так і в зворотному напрямку.

Для такого контакту

“-” до металу , ”+” до напівпровідника – пряме включення;

“+”до металу ,”-” до напівпровідника – зворотне включення.

Аналогічно можна створити перехід Шоткі, якщо взяти n- напівпровідник. Крім цих двох переходів в напівпровідниковій техніці широко застосовуються переходи метал – напівпровідник як омічні, які не мають вентильних властивостей (односторонньої провідності).

Для цього необхідно для напівпровідника вибрати такий метал щоб виконувалась умова:

для р – напівпровідника (рівень Фермі металу < рівня Фермі напівпровідника)

для n – напівпровідника (рівень Фермі металу > рівня Фермі напівпровідника)