Să analizăm procesele fizice într-o joncțiune plat pn într-o stare de echilibru, adică la tensiunea externă zero la tranziție (figura 7a) și în condițiile în care
- Nu există defecte mecanice și incluziuni ale altor substanțe chimice la interfața dintre regiunile p și n;
- la temperatura camerei toți atomii de impuritate sunt ionizați, adică pp = Nn. nn = Nd;
- La limita joncțiunii pn, tipul de impuritate se modifică brusc.
Deoarece concentrația de electroni din n-regiune este mult mai mare decât concentrația lor în regiunea de tip p, iar concentrația de gaură în p-regiune este mult mai mare decât în n-regiune ((s. Așa cum este prezentat în Fig. 7b, pe loc secțiunea semiconductor de frontieră gradient (diferența) de concentrație a purtătorilor de încărcături mobile (găuri și electroni) :.
Sub acțiunea sa, încărcăturile vor difuza din regiune cu o concentrație mai mare în regiune cu o concentrație mai mică. Mișcarea direcțională a purtătoarelor libere, cauzată de distribuția lor neuniformă în volumul unui semiconductor, se numește mișcare de difuzie. Această mișcare a încărcăturilor (a principalilor purtători) formează curentul de difuzie al joncțiunii pn, care conține două componente: electronul și gaura, densitatea căreia este determinată din relațiile
unde Dn este coeficientul de difuzie a electronilor;
Dp este coeficientul de difuzie a găurilor;
q este încărcătura de electroni.
Coeficientul de difuzie indică numărul de purtători de sarcină care trec pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață, perpendicular pe direcția selectată atunci când amplitudinea gradientul concentrației în această direcție este egal cu unitatea.
Ca urmare a fluxului de curent de difuzie, stratul de frontieră este epuizat de purtătoarele mobile de încărcare. In regiunea de contact de tip n apare taxa inactiv decompensată pozitiv datorită impurităților ionilor donor, iar p-regiune - o sarcină negativă datorită ionilor de dopant acceptor.
Astfel, la limita regiunilor p și n, apare un strat dublu de încărcare spațială spațială, a cărui prezență conduce la formarea unui câmp electric a cărui intensitate este egală cu Edif. Acest câmp împiedică curgerea ulterioară a curentului de difuzie (curentul principalilor purtători). Deoarece stratul de epuizare are o conductivitate electrică scăzută (practic nu există suporturi de încărcare mobilă), se numește un strat de blocare sau o zonă de încărcare spațială.
În regiunile n și p ale semiconductorului, în plus față de purtătorii principali, există găuri non-elementare în regiunea n și electroni din regiunea p. Purtătorii non-bază efectuează mișcarea termică (drift) și trec la stratul de blocare al joncțiunii pn. Mișcarea lor se caracterizează prin mobilitate # 956;. Mobilitatea este egală cu viteza medie. achiziționată de purtători de sarcină în direcția acțiunii unui câmp electric cu o tensiune E = 1 V / m.
Câmpul joncțiunii pn se accelerează pentru purtătorii de taxe minoritare. Electronii (purtători minoritari regiune de tip p), se apropie de trecere, și sunt culese de un câmp electric fiind transferată în n-regiune, și găurile de n-regiune - în p-regiune. Driftul a purtătorilor minoritari determină componentele de electroni și gaura a densității de curent de drift care este determinată de relațiile:
unde n este numărul de electroni;
p este numărul de găuri.
Densitatea totală a curentului derivat produs de transportatorii minoritari se numește curentul termic și este egal cu:
La temperatura camerei, unii dintre purtătorii principali de încărcare au suficientă energie pentru a depăși câmpul stratului de barieră și un flux nesemnificativ de difuzie curge. Acest curent este echilibrat de curentul de derivație. Prin urmare, în absența unui câmp extern, echilibrul termodinamic al curenților este stabilit în joncțiunea pn. Curentul de difuzie este echilibrat de curentul de derivație.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: