O tranziție electrică într-un semiconductor este un strat de graniță între două regiuni ale căror caracteristici fizice diferă substanțial.
Tranzițiile dintre două regiuni ale unui semiconductor cu un alt tip de conductivitate electrică se numesc joncțiuni electron-hole sau p-n.
Tranzițiile între cele două regiuni cu un tip de conductivitate (P- sau n-tip) care diferă în concentrație de impurități și în mod corespunzător valoarea conductivității specifică menționată ca electron-electron (- tranziția) sau gaura-gaura (- tranziție), iar semnul „+“ în desemnare unul din straturi arată că concentrația purtătorilor de sarcină de un tip din acest strat este mult mai mare decât în cel de al doilea strat și, prin urmare, stratul are o rezistență electrică specifică mai mică.
Tranzițiile dintre două materiale semiconductoare cu lățimi de bandgap diferite sunt numite heterojuncții. Dacă una dintre regiunile care formează tranziția este un metal, atunci o astfel de tranziție se numește o tranziție metalică-semiconductor.
Contact metalic-semiconductor. Lăsați nivelul Fermi în metal, care este întotdeauna localizat în banda de conducție, să se situeze deasupra nivelului Fermi al unui semiconductor de tip p.
Fig. 1. Diagrama de bandă energetică a contactului metalic-semiconductor de tip p:
a - metal, b - semiconductor de tip p, - contact metalic - semiconductor.
Deoarece energia electronului metalului este mai mare decât energia purtătorilor de sarcină ai semiconductorului, unii dintre electroni vor trece de la metal la semiconductor. Trecerea va continua până când nivelele Fermi de lângă contact vor fi aliniate. Într-un semiconductor lângă contact există o încărcare excesivă de electroni Care va începe să se recombină cu găuri. Reducerea concentrației de găuri va duce la o încălcare a electroneutralității în acest domeniu. Ea formează un strat de ioni încărcați negativ imobili ai impurității acceptoare, respectiv, regiunea nu este încărcată pozitiv, de aceea se formează o încărcătură spațială în regiunea de contact.
În sistemul de echilibru, se observă un echilibru dinamic al purtătoarelor de sarcină principale și încărcătoare non-primare.
Într-o zonă de contact îngustă, a cărei grosime este caracterizată de așa-numitul Debye, nivelele de energie sunt curbe (fig.1, c).
Tranziția dintre un metal și un semiconductor are proprietăți ale valvei. Se numește bariera Schottky.
Procesele analoge au loc atunci când Me contactează un semiconductor de tip n al cărui nivel Fermi este mai mare decât cel al Me.
Fig. 2. Schema de zonă a contactului metal-semiconductor, la care apare un strat invers: a - metal, semiconductor b - n, semiconductor - metal - contact
Contactarea a doi semiconductori de tip p și n. Să luăm în considerare tranziția dintre două regiuni ale unui semiconductor având diferite tipuri de conductivitate electrică. Concentrațiile principalilor transportatori de încărcături din aceste regiuni pot fi egale sau substanțial diferite.
O tranziție cu gaura electronică, în care se numește simetrică. Dacă concentrația principalilor purtători de sarcină în regiuni este diferită (sau) și diferă de 100 ... 1000 de ori, atunci astfel de p-n-tranziții sunt numite asimetrice.
În funcție de natura distribuției impurităților, există două tipuri de tranziții: ascuțite (în trepte) și netede. Într-o tranziție accentuată, concentrațiile impurității la interfața dintre regiuni se schimbă la o distanță care corespunde lungimii de difuzie. Într-o tranziție lină, concentrațiile impurității la interfața dintre regiuni se schimbă cu o distanță mult mai mare decât lungimea de difuzie.
Proprietățile unei joncțiuni asimetrice pn. Fie ca concentrația gaurii în regiunea semiconductorului de tip p să fie mult mai mare decât concentrația de electroni din regiunea de tip n.
Deoarece concentrația orificiilor din regiunea p este mai mare decât în regiunea n, o parte din găuri va ajunge în regiunea n ca rezultat al difuziei, prin urmare există găuri excedentare în apropierea limitei care se va recombina cu electronii. În consecință, în această zonă concentrația de electroni liberi scade și se formează regiuni de ioni pozitivi necompensați ai impurităților donoare. În regiunea p, evadarea găurilor din stratul de frontieră contribuie la formarea regiunilor cu sarcini negative necompensate de impurități acceptoare create de ioni.
În același mod, se produce un transfer difuziv al unui electron de la stratul n la stratul p. Deplasarea are loc până când nivelurile Fermi sunt egale.
Tranziția transportatorilor minoritari duce la o scădere a încărcării spațiului și a câmpului electric în tranziție. Ca o consecință, există o tranziție suplimentară de difuzie a purtătorilor principali, în urma căreia câmpul electric preia valoarea inițială. Atunci când fluxurile principalilor purtători ai încărcăturilor de sarcină și a celor de sarcină și, respectiv, curenții sunt egali, se instalează un echilibru dinamic.
Astfel, prin tranziția p-n în starea de echilibru, două fluxuri de încărcări contra-direcționate se mișcă în echilibru dinamic și se compensează reciproc reciproc.
Ioniile din joncțiunea pn creează o diferență de potențial Uk. denumită bariera potențială sau diferența de potențial de contact.
Puterea câmpului electric este diferența față de Marea Britanie. luate din coordonate:
Valoarea diferenței de potențial de contact este determinată de pozițiile nivelurilor Fermi în regiunile n și p:
Lățimea trecerii treptei asimetrice poate fi determinată din expresia:
unde este permitivitatea relativă a semiconductorului; este constanta dielectrică a aerului.
Tranziția a fost deplasată în direcția înainte. Bariera potențială va scădea și va deveni egală cu: În consecință, lățimea joncțiunii pn scade: și rezistența acesteia. Un curent electric va curge în lanț. Cu toate acestea, atâta timp cât | | | |, Joncțiunea pn scăzută de sarcină are o rezistență ridicată, iar curentul are o valoare mică. Acest curent este cauzat de o mișcare suplimentară de difuzie a suporturilor de încărcare, a căror deplasare a devenit posibilă în legătură cu reducerea barierului potențial.
Pentru | = | U | grosimea joncțiunii pn tinde la zero, iar cu o creștere suplimentară a tensiunii U tranziția, ca regiune epuizată de purtători de încărcătură, dispare cu totul.
Fig. 1. Structura joncțiunii p-n mutată în direcția înainte (a); distribuția potențială în joncțiunea pn (b)
Introducerea purtătorilor de sarcină prin joncțiunea electronică a găurii în regiunea semiconductorilor, unde sunt purtători ai minorității prin reducerea barieră potențială, se numește injecție.
Un strat de injectare cu o rezistivitate relativ mică este numit emițător. Stratul în care sunt injectate purtătoarele, care nu sunt suporturile principale pentru acesta, - baza.
În apropierea joncțiunii pn, concentrațiile gaurilor în regiunea n și electronii din regiunea p diferă de echilibru: .
NNS suplimentare în timpul (3 ... 5) # 964; compensate de către principalii purtători de sarcină, care provin din volumul semiconductorului. Ca rezultat, o încărcătură creată de principalii purtători de taxă apare la limita joncțiunii p-n. Iar următoarea condiție este îndeplinită: # 8710; nn # 8710; pn; # 8710; # 8710; np
Electroneutralitatea semiconductorului este restabilită. O astfel de redistribuire a principalilor purtători de sarcină conduce la apariția unui curent electric în circuitul extern, deoarece primește încărcătoare de încărcătură în schimbul celor care au plecat la joncțiunea PN și au dispărut ca rezultat al recombinării. În difuzia n.n. în interiorul semiconductorului, concentrația lor scade continuu datorită recombinării. Dacă dimensiunile regiunilor p și n depășesc lungimile de difuzie Ln. Lp. atunci concentrațiile purtătorilor de sarcină minoritară la o distanță de tranziție sunt definite ca:
unde x este distanța de la punctul unde se află concentrația în exces # 8710; pn sau # 8710; np.
La o distanță de x (3 ± 5) L, concentrația n.s. tinde spre pn0 și np0. Departe de p-n-joncțiunea, unde componenta curentului de difuzie tinde la zero, aceasta din urmă are un caracter de derivație și așa-numitul. se deplasează într-un câmp electric creat de o tensiune externă în regiunea regiunilor p și n având o rezistență ohmică.
În starea de echilibru, un curent care curge prin joncțiunea p-n are două componente. Una se datorează difuzării principalilor purtători de taxe în regiunea în care acestea nu sunt de bază, cealaltă este derulată de NN. de origine termică. Curentul de difuzie al strălucirii. - IT crescand bariera potentiala crescand si este o functie a tensiunii aplicate.
O altă componentă a curentului atunci când se aplică o tensiune externă rămâne practic neschimbată, datorată generării de purtători în apropierea joncțiunii p-n, la o distanță mai mică decât lungimea de difuzie.
Aceasta este ecuația unei joncțiuni p-n idealizate, pe baza căreia se determină caracteristicile de tensiune curentă ale dispozitivelor semiconductoare. IT - curent termic (curent de saturație invers). Depinde de temperatură și nu depinde de tensiune.
Tranziția sa schimbat în direcția opusă.
Fig. 2. Structura joncțiunii p-n a direcției părtinitoare în direcția opusă (a) distribuția potențială în joncțiunea pn (b)
Dacă se aplică o tensiune inversă la joncțiunea electronică a găurii, polaritatea căreia coincide cu direcția diferenței de potențial de contact ("+" cu n-regiunea, "-" cu regiunea p), atunci bariera potențială totală crește.
Mișcarea purtătorilor principali prin joncțiunea p-n scade și la unele valori ale lui U se oprește cu totul; deficitul transportatorilor principali începe în regiunea joncțiunii p-n. În acest caz, curentul se datorează mișcării GNN. care, lovind câmpul tranziției cu gaura electronică, vor fi capturate de ei și transportați prin joncțiunea p-n. Aceasta este o extragere ("suge" n.nz). Îngrijire medicală conduce la faptul că concentrația joncțiunii p-n scade la zero. Убыль н.зз. creează un curent electric. Pentru biasingul invers:
Astfel, curentul termic cauzat de mișcarea ND. rămâne neschimbată, iar curentul datorat difuziei așa-numitei difuzii. scade exponențial. La o tensiune de 2-3 # 966; curentul T al. pot fi neglijate. Valoarea curentului invers nu depinde de tensiunea inversă aplicată la joncțiunea p-n. Prin urmare, curentul termic IT, în acest caz, se numește curentul de saturație inversă. Acest lucru se datorează faptului că toate n. generate în volumul delimitat de lungimea de difuzie și a zonei joncțiunii p-n, participă la mișcarea prin joncțiunea p-n. Rezultă că juncția p-n idealizată are proprietăți de supapă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: