Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [26] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

очень мала по сравнению с концентрацией дырок, т. е.

Пр<рр. (5.9)

В дальнейшем будет показано, что неосновные носители играют важную роль в работе транзистора.

5.3. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД. ПЛОСКОСТНОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД

Можно осушествить резкий или плавный переход от материала с проводимостью р-типа к материалу с проводимостью п-типа. Резкий р-п переход можно получить сплавлением материалов различной проводимости, а плавный р-п переход-вырашиванием его в специальной газовой среде.

На рис. 5.5 изображен сплавной переход, в котором изменение концентрации от проводимости р-типа к проводимости л-типа происходит на расстояние порядка 0,1 мкм. Это расстояние называется шириной металлургического перехода.

На рис. 5.6, а показаны только примесные атомы, т. е. акцепторные атомы слева и донорные атомы справа от перехода. Атомы

/О-тип

Дырки.

Атомы .---О © ©

Электроны

»- п- тип

© © © л/пом*, примеси

Металлурги-чвский переход

Металлургически/} переход



- яВ,£в

Потенсиапьный барьер

Рис. 5.5, Переход р-п-типа и Рис. 5.6. Переход р-п-типа и обед-концентрация примесей по обе неиный слой:

стороны р-п перехода а -структура обедненного слоя; б - рас«

пределение заряда; в - напряженность поля; г - распределение потенциала

6 Заказ Ш 1134



основного материала (германия или кремния) не показаны. Здесь же показаны дырки и электроны, внесенные примесными атомами. Из рисунка видно, что примесные атомы вблизи границы перехода лишены дырок и электронов, так как они перешли границу перехода и рекомбинировали, т. е. свободные электроны заняли места нарушенных валентных связей - дырок. В результате образуется слой, не имеющий свободных носителей, называемый обедненным. Дальнейшему переходу дырок и электронов от более удаленных атомов препятствует электрическое поле возникающего при этом объемного заряда-Оно отталкивает дырки влево, а электроны вправо, препятствуя уходу новых дырок из области р и новых электронов из области п. На рис. 5.6, б показано распределение объемного заряда. При этом ширина металлургического перехода 0,1 мкм предполагается пренебрежимо малой по сравнению с шириной обедненного слоя около 1 мкм. По оси ординат отложена плотность объемного заряда. Буквой q обозначен заряд электрона, равный 1,6-10-19 Кл.

На рис. 5.6, в показана напряженность поля Е. Она отрицательна, так как электрическое поле имеет направление, обратное (принятому за положительное) направлению отсчета расстояния х. При х=0 напряженность поля порядка 10* В/см. На рис. 5.6, г приведена зависимость электрического потенциала вдоль оси х от расстояния до границы раздела. Свободные положительные заряды-дырки находятся слева, и разность потенциалов рис. 5.6, г является для них потенциальным барьером, который они должны преодолеть, чтобы перейти слева направо. Очевидно, что для свободных электронов в правой области полупроводника потенциальный барьер имеет такую же величину. Барьер для положительных зарядов-дырок показан сплошной линией, а для электронов- штриховой. Например, электрон, находящийся справа, должен затратить энергию, чтобы подняться на «горку», нарисованную штриховкой линией.

Вольт-амперная характеристика р-п перехода. На рис. 5.7, а показан р-п переход, замкнутый накоротко внешней электрической цепью. Заштрихованная область соответствует обедненному слою. Если на переход подать положительное напряжение (рис. 5.7,6), то обедненный слой сузится. При подаче напряжения обратного знака обедненный слой расширится (рис. 5.7,в). Говорят, что при подаче положительного напряжения осуществляется смещение р-п


Рис. 5.7. Ширина обедненного слоя:

й - без смещения; 6 - прямое смещение; в - обратное смещение



перехода в прямом направлении, а при подаче отрицательного Напряжения - в обратном. Смещение в прямом направлении понижает, а смещение в обратном направлении увеличивает потенциальные барьеры для электронов и дырок на величину напряжения смещения.

Тонким р-п переход называется, если выполняется условие

Lo<:Ls, (5.10) ,

где Lo -ширина обедненного слоя; La -длина диффузионного смещения, т. е. средняя длина свободного пробега дырки или электрона до рекомбинации.

Для тока через тонкий р-п переход справедливо следующее выражение:

i = /4e»/vu.-i), (5.11)

где h - обратный ток насыщения; и - напряжение на переходе; у - коэффициент, равный 1 для германия и 1-2 для кремния; Ut - температурный потенциал:

Ur = kT/q (5.12)

(q - заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура). При комнатной температуре (Г=290 К)

Ur = 0fi25 В. (5.13)

Снабдив р-п переход омическими контактами, одинаково хорошо проводящими ток в любом направлении, получим плоскостной диод.

На рис. 5.8 показаны вольт-амперные характеристики германиевого и кремниевого плоскостных диодов. Масштаб по оси ординат для отрицательных значений токов во много раз больше, чем для положительных.

Уже при сравнительно небольших отрицательных напряжениях обратный ток равен току насыщения Is. Этот ток создается неосновными носителями: электронами р-области и дырками п-области, переходу которых из одной области в другую способствует потен-; циальный барьер вблизи границы раздела. При увеличении обратного напряжения ток не увеличивается, так как на границе перехода число неосновных носителей в единицу времени определяется лишь температурой и не зависит от приложенного извне напряжения, если оно не очень велико.

Несмотря на более крупный масштаб по оси ординат для отрицательных значений тока, обратный ток кремниевого диода не

i i Германий Кремний

Рис. 5.8. Вольт-амперные характери- j--уТвг- в.б ив

стики германиевого и кремниевого -У

плоскостных диодов Германии




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [26] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0107