tranziție electron-gol, electrice
tranziție electron-gol
Limita dintre cele două regiuni adiacente ale semiconductorilor, dintre care unul are o conductivitate de tip n și celălalt p-tip, numit joncțiune pn (pn-tranziție). Este baza cele mai multe dispozitive semiconductoare. Cele mai des utilizate p-n-tranzițiile bidimensional și punct.
Planar p-n-tranziție este un element de contact stratificat în volumul de cristal la interfața a două semiconductori cu conductivități p și n-tip
(Fig. 1.2, a). La fabricarea dispozitivelor semiconductoare și circuite integrate aplică tranziții de tip p + - n- sau p + n tranziții. Indicele „+“ subliniază mai mare conductivitate electrică a regiunii de cristal unic.
Fig. Planitate 1.2 (a) și litera (b) p-n tranziții
Să considerăm procesul fizic într-un plan p-n-tranziții (fig. 1.3). Deoarece concentrația de electroni într-un semiconductor de tip n-semnificativ mai mare decât într-un semiconductor p-tip și, în schimb, în concentrație ridicată semiconductor de tip p de găuri, pe secțiunea semiconductor de frontieră creează o picătură (gradient) găuri concentrare dp / dx și electroni dn / dx . Acest lucru determină difuzia electronilor din n-regiune din p-regiune și găuri în direcția opusă. Densitatea găurilor și difuzie a electronilor componentelor actuale cauzate de mișcarea purtătorilor majoritari, sunt date de:
în cazul în care Dn și dp - coeficienții de difuzie de electroni și găuri.
Fig. 1.3 Structura p-n tranziție
Sarcina electrică a găurilor în formula (1.7) este considerat egal cu sarcina electrică a unui electron, dar de semn opus, iar semnul „-“ când dp / dx și dn / dx indică faptul că încasările de difuzie în direcția scăderii concentrației.
Ca urmare, menținerea electronilor din regiunea de contact de tip n și găuri din zona de contact a p-tip pe acele porțiuni format sărăcită stratului purtătorilor de sarcină de telefonie mobilă și apare sarcină pozitivă decompensată datorită impurităților ionilor donor (în regiunea de contact n-tip) și sarcina negativă a ionii bill acceptor de impurități (în regiunea de contact p-tip). Stratul sărăcit este astfel aria semiconductorului cu densitatea de sarcină spațială corespunzătoare, prezența care duce la formarea unui câmp electric (Fig. 1.3 Sensul intensității câmpului este reflectată de vectorul E, prevenind deplasarea în continuare difuzie a electronilor din semiconductor de tip n la tipul p semiconductor și găuri în direcția opusă., deoarece stratul de epuizare are o conductivitate electrică scăzută, deoarece este, practic, nici o taxa de transport de telefonie mobilă, este numit m strat barieră.
Sub influența unui câmp electric peste p-n-joncțiune se pot deplasa (deplasare) numai transportatorilor minoritari, t. E. Orificii de tip n semiconductor și electronii din tip p semiconductor, care produc curent de drift. Densitatea găurilor și de drift a electronilor componentelor de curent pot fi determinate prin utilizarea valorii conductivității unui semiconductor intrinsec al expresiei (1.6):
Densitatea totală a curentului prin p-n-tranziția este determinată de suma componentelor de difuzie și de drift ale densități de curent care sunt egale în absența stresului extern. Deoarece difuzia și deriva taxa curge prin mutarea p-n-tranziție în direcții opuse, ele se anulează reciproc. Prin urmare, la starea de echilibru densitatea totală a curentului prin p-n-tranziția este
Prezența stratului dublu electric dă naștere unui p-n-tranziție a diferenței de potențial de contact, care suferă cea mai mare schimbare la limita de semiconductor n-p-tip și numit un potențial jk barieră. Amploarea bariera de potențial definit de ecuația
unde Jt = kT / q - capacitatea termică (la temperatura normală, adică, la T = 300 K, JT "" 0.026 în ..); np și pn - concentrația de găuri și electroni în semiconductori n- și p-tipuri. La germaniu tranzițiile Jt = (0,3 - 0,4) V y de siliciu Jt = (0,7 - 0,8) B.
Dacă conectat la sursa pn-tranziție de tensiune externă, astfel încât un plus a fost aplicat pe suprafața semiconductor n-tip și negativ - o regiune semiconductor p-tip (. O astfel de încorporare este numit reflux, Figura 1.4), stratul de epuizare se extinde, deoarece sub influența unei tensiuni externe, electronii și golurile sunt deplasate din pN-tranziției în direcții diferite. Înălțimea barierei de potential, de asemenea, crește și devine jk egal + u (fig. 1.5), deoarece tensiunea de polarizare externă este activată conform diferenței de potențial de contact.
Figura 1.4 inversă prejudecată de transfer
Figura 1.5 Modificări în bariera de potențial
Deoarece tensiunea de alimentare externă este aplicată opus diferenței de potențial de contact, bariera de potențial este redusă cu o valoare u (cm.
Fig. 1.7), precum și condițiile de injectare a transportatorilor majoritari - găurile din semiconductor de tip p în tip n semiconductor, iar electronul - în direcția opusă. Astfel, prin încasările de joncțiune p mare curent directă -n cauzate de transportatori majoritari. Reducerea în continuare a barierei potențial duce la o creștere a curentului înainte la o valoare constantă a curentului de drift invers.
În procesul de prelucrare a impurității cristalului este introdus, astfel încât concentrația sa, și, prin urmare, concentrația purtătorilor majoritari într-una dintre regiunile cristalului (în mod normal, într-un semiconductor p-tip) două-trei ordine de mărime mai mare decât concentrația de impurități în cealaltă zonă. Regiunea cu concentrație ridicată de impurități (regiune joasă) este principala sursă de purtători de sarcină care se deplasează prin joncțiunea p-n se numește emițător. Regiunea cu concentrație redusă de impurități și se numește o bază de mare rezistivitate. Prin urmare, componenta dominantă a curentului care curge prin joncțiunea p și constând -n componente de electroni și gaura este aceea care este determinată de câmpul purtător majoritar cu o concentrație mai mare de
Când | UBR | >> JT de tranziție dispare în mod esențial, iar curentul este limitat doar de rezistenta (câteva zeci de ohmi) suprafața de bază rb.
Tensiune-curent caracteristică (I-V) joncțiune p este construit pe -n baza expresiilor (1.10) și (1.11), are forma prezentată în Fig. 1.8. CÂMP VAC situată în primul cadran corespunde cu încorporarea directă a joncțiunii p-n și se află în al treilea cadranul - inversul. După cum sa menționat mai sus, atunci când are loc o tranziție suficient de mare tensiune inversă defalcare. Defalcarea referit la o schimbare bruscă în modul de tranziție, care se află sub tensiune inversă.
O trăsătură caracteristică a acestei schimbări este o scădere bruscă diferențială de tranziție de rezistență r dif = du / di (u și i - tensiune din zona de tranziție și, respectiv curentul de tranziție). După începutul o ușoară creștere a tensiunii defalcare inversă însoțită de o creștere bruscă a curentului invers. Pe parcursul curentului defalcare poate fi crescută cu o neschimbată sau chiar în scădere (în valoare absolută), o tensiune inversă (rotații negative în acest din urmă caz, rezistența diferențială). La tranziția VAC (Fig. 1.9) corespunde caracteristicilor de descompunere ale regiunii de îndoire ascuțite în al treilea cvadrant.
Fig. 1.8 curent-tensiune caracteristică (a) și schema de conexiuni a diodei Zener (b)
Există trei tipuri de defalcare p-n joncțiune: un tunel, avalanșă și termică. Și tunel, și defalcarea avalanșă se numește defalcare electrică.
defalcare Tunneling apare atunci când distanța geometrică între banda de valență și banda de conducție (lățime barieră) este suficient de mică, există un efect de tunel - fenomenul electronii trec prin bariera de potențial. defalcare tunelare apare în p - n intersecții cu o bază având o valoare scăzută a rezistivității.
Fig. 1.9 p CVC - n joncțiune
Mecanismul este similar cu mecanismul defalcare avalanșă de ionizare de impact în gaze. Defalcare avalanșă se produce atunci când mișcarea pentru a ciocni cu un alt atom, o gaură (sau electron) dobândește suficientă energie pentru a ioniza atomul. Ca rezultat, numărul de purtători crește dramatic, iar curentul prin creșterile de joncțiune. Distanța parcursă de un operator de transport înainte de coliziune se numește lungimea căii libere. defalcare avalanșă apare într-o joncțiune de bază de înaltă rezistență (având o rezistență specifică ridicată). Caracteristic, în care tensiunea de străpungere a joncțiunii este doar puțin dependentă de curentul prin ea (scufundare abrupt porțiune în al treilea Bax cadran, vezi. Fig. 1.9).
Când defalcare termică creșterea curentului este explicată prin încălzirea semiconductorul în p-n-joncțiune și o creștere corespunzătoare a conductivității. Defalcare termică caracterizată printr-o rezistență diferențială negativă. În cazul în care semiconductor - siliciu, apoi cu creșterea defalcare termică de tensiune inversă apare de obicei după câmpul electric (descompunerea electrică în semiconductor este încălzit și apoi se încălzește începe proba). După defalcare electrică p-n-tranziție nu schimbă proprietățile sale. După defalcare termică, în cazul în care semiconductoare a avut suficiente proprietăți calde greu de tranziție sunt modificate ireversibil (dispozitiv semiconductor eșuează).
După cum sa menționat deja, datorită difuziei electronilor și găuri peste p-n-joncțiune într-o regiune de tranziție având volum decompensată (spațială) încarcă atomii de impuritate ionizate, care sunt atașate la rețeaua cristalului semiconductor și astfel nu participă la procesul fluxului de curent electric. Cu toate acestea, taxa de spațiu creează un câmp electric, care, la rândul său, afectează cel mai semnificativ circulația transportatorilor liberi de energie electrică, adică. E. În procesul de fluxul de curent.
Modificări ale tensiunii externe aplicate la p-n-tranziție, se modifică valoarea volumului stratului depleție de sarcină spațială. În consecință, p-n comportă-joncțiune ca un condensator plat a cărui capacitate determinată de raportul dintre schimbarea încărcare spațiu pentru a schimba ¶Q ¶U tensiune comutată în tranziția inversă, numită barieră și poate fi găsit din ecuația
unde e0 - constanta dielectrică de vid; e - permitivitatea relativă
permeabilitate; S - zona p-n joncțiune; d - grosimea stratului de epuizare (grosimea p - n joncțiunii).
Schimbarea responsabilă în p-n joncțiune poate fi cauzată de o modificare a concentrației de purtători de neechilibru injectat în bază la o prejudecată p transmite - n joncțiune. Raportul dintre cantitatea de schimbare a taxei injectat la valoarea de schimbare a transmite tensiunea determină capacitatea de difuzie p joncțiune -n:
SDIF = dq Eng / dU. Capacitatea de difuziune depășește bariera atunci când o prejudecată p joncțiune -n înainte, dar are o valoare mică în cazul polarizată invers.