Материал: 2072

Благодаря своим особым свойствам, проявляющимся при воздействии на него внешнего электрического поля, р–n-переход является основой ПП приборов.

Наряду с р–n-переходами практическое применение находят другие виды переходов, например переход металл-полупроводник, переход между ПП одного типа, различающимися концентрацией примесей: электронноэлектронный переход (n–n+-переход), дырочно-дырочный переход (р–р+-переход). Знак “+” относится к области с большей концентрацией основных носителей зарядов (примесей).

На практике ЭДП получают в едином кристалле ПП, вводя в одну его область донорную примесь, в другую – акцепторную, используя особую технологию выращивания кристаллов и введения примесей.

При рассмотрении свойств р–n-перехода будем считать, что в граничащих друг с другом областях р- и n-типов существует одинаковая концентрация примесей (имеет место симметричный переход, то есть рр = nn, где рр – концентрация дырок в р-области, nn – концентрация электронов в n-области). В каждой области имеются также неосновные носители электрических зарядов с концентрацией np, pn (np – концентрация электронов в р-области, pn – концентрация дырок в n-области). Очевидно, что в р-области рр >> np, в n-области nn >> pn (рис. 4.1).

В рабочем диапазоне температур атомы примесей полностью ионизированы. Концентрации основных носителей заряда вдали от границы раздела р- и n-области можно считать равными концентрации соответствующей примеси. Электроны из n-области (где их много) диффундируют в р-область (где их мало), при этом в n-области остаются нескомпенсированные положительные ионы доноров и возникает положительный объемный заряд. Электроны, переходящие в р-область, рекомбинируют с дырками, что приводит к образованию нескомпенсированного отрицательного заряда ионов акцепторов вблизи границы раздела. В результате описанного процесса вблизи границы раздела образуется область пространственного заряда или обедненная область, в которой концентрация электронов и дырок понижена. Эта область имеет высокое электрическое сопротивление, ее называют также запирающим слоем.

Распределение объемного заряда показано на рис. 4.1, в.

В области пространственного заряда образуется внутреннее электрическое поле, с увеличением которого увеличивается сила, препятствующая диффузионному перемещению электронов из n- в р-область. В результате конкурирующих процессов диффузии и дрейфа носителей заряда между р- и n-областями перехода устанавливается некоторая равновесная разность потенциалов (рис. 4.1, а), которая носит название контактной разности потенциалов и связана с распределением напряженности электрического поля соотношением

21

Слой l0, образованный участками по обе стороны от границы раздела, где остались только неподвижные заряды ионизированных примесей, и есть р–n-переход. Слой l0обладает очень большим электрическим сопротивлением, так как из него ушли подвижные заряды.

Следует отметить, что потенциальный барьер препятствует движению основных носителей, но он не препятствует движению неосновных носителей зарядов.

Возникающий под действием поля барьера дрейфовый ток неосновных носителей компенсирует диффузионный ток основных носителей, и в ПП создается равновесное состояние, то есть суммарный ток через р–n-переход равен нулю.

Величина потенциального барьера 0 численно равна контактной разности потенциалов UK . При комнатной температуре 0 0,3 0,5 В – для германия, 0 0,6 0,8 В – для кремния. С повышением температуры

0 уменьшается.

Всимметричном переходе (с равными концентрациями неосновных носителей) по обе стороны от границы толщина запирающего слоя одинакова, в несимметричном – различна. Несимметричные р–n-переходы применяются чаще.

4.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

Процессы в р–n-переходе зависят от полярности внешнего источника напряжения. Если источник с напряжением Uпр подключен плюсом к

р-области, а минусом к n-области (рис. 4.2, а), то он внутри кристалла создает электрическое поле, направленное навстречу внутреннему электрическому полю р–n-перехода, обусловленному потенциальным барьером. В результате происходит снижение потенциального барьера до величины

UK 2Uпр (рис. 4.2, б).

Основные носители диффундируют через р–n-переход более интенсивно, так как этому способствует снижение потенциального барьера. В результате р–n-переход обогащается подвижными носителями зарядов и снижается его сопротивление. Дальнейшее увеличение внешнего напряжения до Uпр UK приводит к исчезновению потенциального барьера и сво-

бодной диффузии основных носителей в те области, где они являются неосновными. Это явление, возникающее при снижении потенциального барьера, называют инжекцией.

Движение основных носителей через р–n-переход создает электрический ток и во внешней цепи. Уход электронов из n-области в р-область и исчезновение их за счет рекомбинации восполняется электронами, которые

23