Tranziția electrică în semiconductori este un strat de graniță între două regiuni, ale căror caracteristici fizice diferă substanțial.
Lucrarea majorității dispozitivelor semiconductoare se bazează pe folosirea uneia sau mai multor tranziții între două regiuni ale unui semiconductor cu un alt tip de conductivitate electrică.
P-n joncțiunea este formată în timpul conectării mecanice a semiconductorilor de diferite tipuri de conductivitate.
În semiconductori cu regiuni de tip p și n care formează o tranziție, se pot distinge următoarele regiuni spațiale:
- tranziția metalurgică (contact, limită) - un plan imaginar care separă regiunile p și n;
- regiunea de tranziție sau regiunea de încărcare spațială sau regiunea epuizată este o regiune care se extinde pe ambele laturi ale graniței metalurgice (are o grosime de 1 μm la 0,1 μm, în funcție de tehnologia de producție);
- regiunile neutre (regiunile p și n) situate între regiunea de încărcare spațială și limitele semiconductoarelor de tip n și p;
- relațiile ohmice sunt concluziile prin care se termină regiunile neutre.
Să considerăm un model al unei joncțiuni pn ascuțite și pasive în care concentrația de atomi de impuritate se schimbă brusc de la valoarea lui Nd în regiunea n la valoarea Na în regiunea p.
Vom presupune de asemenea că tranziția este simetrică, condiția căreia este Nd = Na. Dacă Nd ≠ Na - tranziția este asimetrică.
Pentru Nd> Na, este indicată tranziția;
Cu Nd Modelul de tranziție este construit pe baza unor concepte precum: - grosimea regiunii de tranziție este d; - intensitatea maximă a câmpului electric intern E; - densitatea sarcinii electrice Q. Diagrama distribuției parametrilor în tranziția p-n (simetrică) Nn = Pp. (Pn = Np); Nn >> Pn; Pp >> Np este reprezentat în desen.
Diagrama distribuției parametrilor în joncțiunea p-n.
1) distribuția concentrației de donatori și acceptori;
2) distribuția concentrației de electroni și găuri;
3) distribuția diferenței de potențial de contact;
4) distribuția intensității câmpului.
În caz de contact direct cu semiconductori eterogene începe difuzarea intensă a purtătorilor de sarcină. pentru că concentrația de electroni în n-regiune este mai mare decât p-regiune (Nn >> Np), apoi unele dintre electronii din regiunea difuză-n în p-regiune. În p-regiune în limitele metalurgice vor excesul de electroni, care vor ocupa legăturile covalente vacante care vor reduce concentrația în stratul limită creează găuri și un strat de taxe fixe negative (ioni) Acceptoare.
Deoarece unii dintre electronii din regiunea n au trecut în regiunea p, atunci concentrația de electroni din stratul de graniță al regiunii n scade și vor apărea ionii pozitivi necompensați ai atomilor donatori.
Astfel, în jurul limitei metalurgice, se formează un strat dublu de încărcături staționare încărcate opus (ioni donatori și acceptori). Acest strat este numit joncțiunea p-n sau stratul de blocare; determină diferența de potențial de contact (barieră potențială), pentru Ge - (0,2 ÷ 0,3) V, pentru Si - (0,7 ÷ 0,8) V.
Astfel de tranziții de electroni vor continua până când câmpul electric al barieră potențială va crește atât de mult încât energia electronilor este deja insuficientă pentru a depăși acest câmp.
Bariera potențială creează un câmp de întârziere pentru purtătorii principali de încărcătură și împiedică electronii să se deplaseze în regiunea p, găuri în regiunea n.
Pentru purtătorii de sarcină care nu sunt principali (găurile din regiunea n și electronii din regiunea p), câmpul barierului potențial se accelerează. În consecință, transportatorii minoritari sunt transferați prin joncțiunea p-n (curent derivat). Purtătorii de încărcătură non-bază, care trec prin regiunea de tranziție, neutralizează unele dintre ionii ambelor semne, ceea ce duce la o scădere a barieră potențială și la o creștere a curentului de difuzie al transportatorilor principali. astfel În tranziția p-n, se stabilește echilibrul dinamic.
Direcția curenților de difuzie ai purtătorilor principali este opusă direcției curenților de derivație ai purtătorilor minoritari prin joncțiunea pn.
pentru că într-un semiconductor izolat, densitatea de curent rezultată este zero, atunci poate fi determinată starea echilibrului dinamic:
Valoarea diferenței de potențial de contact este determinată de poziția nivelului Fermi în semiconductori de tip n și p:
Grosimea joncțiunii p-n pentru starea de echilibru poate fi determinată:
,
unde este permitivitatea relativă a semiconductorului,
Este constanta dielectrică a aerului,
- constantă dielectrică absolută a semiconductorului:
Puterea câmpului electric E în joncțiunea p-n este determinată de derivația diferenței de potențial de contact luată de-a lungul coordonatelor geometrice x:
.
Încălcarea stării de echilibru a joncțiunii p-n poate fi întreruptă la conectarea la contactele ohmice ale tensiunii externe. În funcție de polaritatea și magnitudinea tensiunii externe, curentul prin joncțiunea p-n și amploarea acestuia se dovedesc a fi diferite.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: