![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Тема: Контактные явления в полупроводниках.Вопросы: 1. Общая характеристика р-n перехода. 2. Режимы обратного и прямого включения р-n перехода.
4.Температурные свойства р-n перехода. 5.Частотные свойства р-n перехода. 1й.Вопрос. Электронно-дырочным или р-n переходом называют тонкий слой полупроводника между двумя областями, одна из которых представляет полупроводник Р-типа, другая N-типа. Такие переходы получают вплавлением соответствующих примесей в пластинки вырезанные из монокристалла полупроводника. Если концентрации основных носителей в р и n областях будут равны, то p-n переход называют симметричным, если не равны, то переход называют несимметричным. На практике чаще используют несимметричные p-n переходы. На рис. 1а представлен разряд р-n структуры и при этом предполагается, что концентрация акцепторной примеси в Р-области больше концентрации донорной примеси в N области, а следовательно и концентрация дырок в р области будет больше концентрации свободных электронов в N области (рис. 1в). В результате неравновесной концентрации в PN структуре возникает диффузия основных носителей через границу р-n перехода: дырки из р области стремятся в n область, а электроны из n области в р область. В результате через переход возникают дырочный (Ір дф) и электронный (Іn дф) диффузионные токи, составляющие полный ток диффузии в р-n переходе Ідф = Ір дф + Іn дф. Диффузия электронов и дырок через р-n переход сопровождается перераспределением зарядов: после ухода электронов из части N области примыкающей к границе раздела, в ней остаются положительные ионы донорной примеси. Аналогично – дырки диффундировавшие из р в n область, оставят в части р области примыкающей к границе раздела отрицательные ионы акцепторной примеси. Следовательно в результате диффузии основных носителей приконтактные области р-n перехода обедняются подвижными носителями, и в них возникает два слоя подвижных разноименных зарядов, образованных ионами акцепторов и доноров. Двойной заряженный слой с пониженной концентрацией основных носителей называется запирающим или обедненным слоем р-n перехода (на рис. 1б это слой толщиной L). Этот слой является основой р-n перехода. Нескомпенсированные заряды запирающего слоя создают внутреннее электрическое поле р-n перехода Евн, направленное от n к р области. Это поле препятствует дальнейшему переходу основных носителей тока из одного полупроводника в другой, т.е. образуется потенциальный барьер с разностью потенциалов I = Iдф - Iдр = 0.
![]() В режиме прямого включения, внешний источник напряжения Uпр соединяют положительным полюсом с выводом от р области, а отрицательным с выводом от n-области (верхний рисунок на странице 9). При этом в полупроводнике создается электрическое поле напряженностью Епр, направленное навстречу полю Евн и уменьшающее напряженность последнего. Поэтому дырки и электроны основных носителей тока двигаясь навстречу друг другу будут уменьшать потенциальный барьер Uпб, толщину запирающего слоя (L1<L) и понижать сопротивление запирающего слоя. Появится ток основных носителей, называемый прямым Iпр.
3й Вопрос. Вольт-амперная характеристика р-n перехода. ВАХ р-n перехода показывает зависимость тока, протекающего через р-n переход от величины и полярности приложенного напряжения и соответствует выражению
4йВопрос. Повышение температуры увеличивает собственную проводимость полупроводника и поэтому особенно сильно влияет на значение обратного тока р-n перехода, определяемого этим видом приводимости. Для германиевых и кремниевых р-n переходов обратный ток насыщения возрастает вдвое при повышении температуры на каждые 100. Прямой ток р-n перехода меньше зависит от температуры. Он определяется в основном количеством носителей примесной проводимости, которая зависит от концентрации примесей и с изменением температуры практически не меняется. Влияние температуры на ВАХ р-n перехода показано на рис. 3. Верхний предел рабочих температур для германиевых приборов 70-900, а кремниевых 120-1500. 5йВопрос. Частотные свойства р-n перехода определяются электрической емкостью между областями полупроводника с различным типом проводимости. При обратном напряжении р-n структура подобна конденсатору с пластинами в виде р и n областей, разделенных диэлектриком (переходом почти свободным от носителей)(рис4). Эту емкость называют барьерной и определяют по формуле:
При прямом напряжении емкость рn структуры определяется диффузионной емкостью. Она обусловлена инерцией подвижных носителей, которые диффундируют через пониженный потенциальный барьер и не успевая рекомбинировать накапливаются: дырки в N области, а электроны в Р области (рис. 5). Она определяется как: На рис. 6 изображена эквивалентная схема рn-перехода. r – сопротивление толщины полупроводников и выводов от них. r1 – сопротивление запирающего слоя, зависящие от величины и полярности приложенного напряжения.
|