преход Electron дупки, електрически
преход Electron дупки
Границата между две съседни региони на полупроводници, един от които има проводимост от п-тип и други р-тип, наречен PN възел (PN-преход). Той е в основата на повечето полупроводникови устройства. Най-широко използвани двуизмерни и точка р-п-преход.
Планарни р-п-преход е слоест контакт елемент в обема на кристал в интерфейса на две полупроводници с проводимости р и п-тип
(Фиг. 1.2, а). При производството на полупроводникови устройства и интегрални схеми прилага преходи тип р + - п- или р + п преходи. Индексът "+" подчертава голяма електропроводимост на единичен кристал регион.
Фиг. Гладкост 1.2 (а) и точка (б) р-п преходи
Разглеждане на физически процес в планарна р-п-преход (фиг. 1.3). Тъй като концентрацията на електроните в полупроводников п-тип значително по-голям, отколкото в полупроводников р-тип и, напротив, в полупроводниковата р-тип високата концентрация на дупки, в секцията граничния полупроводникови създава спад (градиент) концентрация DP / DX дупки и DN / DX електрони , Това причинява дифузията на електрони от п-регион в р-регион и дупки в обратна посока. Плътността на дупки и електрони дифузия сегашните компоненти, причинени от движението на мажоритарните превозвачи, се изчислява по формулата:
където Данаил и Dp - коефициенти на дифузия на електрони и дупки.
Фиг. 1.3 Структура на р-п преход
На електрическия заряд на дупки във формула (1.7) се счита равна на електрическия заряд на електрона, но на обратен знак, и знака "-" когато DP / DX и DN / DX показва, че дифузия протича в посока на намаляване на концентрацията.
В резултат на това поддържане на електроните на контактния регион на N-тип и дупки от контактния регион от р-тип на тези части Образуваното обеднен на мобилен носители на заряд слой и се появява некомпенсиран положителен заряд поради йони донор примес (в контактния регион п-тип) и отрицателен заряд на сметка акцептор примеси йони (в контакт област р-тип). Така обеднен слой е площта на полупроводника със съответната плътност пространство заряд, чието наличие води до образуването на електрическо поле (Фиг. 1.3 Посоката на напрегнатост на полето се отразява от вектор Е, предотвратяване на по-нататъшно разпространение движение на електрони от полупроводниковата N-тип с р-тип полупроводници и дупки в обратна посока. след изчерпване слой има ниска електрическа проводимост, тъй като на практика няма носители мобилни заряда, се нарича m бариерен слой.
Под влиянието на електрическо поле в р-п-възел може да се движи (дрейф) само малцинствените носители, т. Е. дупки от п-тип полупроводници и електроните от полупроводника р-тип, които причиняват отклонение ток. Плътността на отвора и електрон плаващи настоящите компонентите може да се определи с помощта на стойността на проводимостта на вътрешен полупроводников на експресията (1.6):
Общата плътност на тока през р-п-преход се определя от сумата на дифузия и плаващите елементи на плътности на тока, които са равни в отсъствието на външно напрежение на. Тъй като дифузията и дрейф на зареждане протича през ход р-п-преход в противоположни посоки, те се изключват взаимно. Следователно, в стационарно състояние общата плътност на тока през р-п-преход е
Наличието на двойно електрически слой води до р-п-преход на контакт потенциална разлика, която се подлага на най-голямата промяна на границата на полупроводниковата п-р-тип и нарича потенциал бариера жк. Големината на потенциалната бариера определя от уравнението
където J, = KT / р - топлинен капацитет (при нормална температура, т.е., при Т = 300 К, JT "" 0,026 в ..); PN и NP - концентрацията на дупки и електрони в полупроводници N- и р-видове. В германий преминава Jt = (0.3 - 0.4) V Y силициев Jt = (0.7 - 0.8) Б.
Ако свързан към PN-преход източник външно напрежение, така че както се прилага към областта на полупроводникови п-тип и отрицателно - полупроводников област р-тип (. Такова смесване се нарича обратен хладник, Фигура 1.4), на изчерпване слой се разширява, тъй под въздействието на външно напрежение, електрони и дупки се изместват от PN-прехода в различни посоки. Височината на потенциалната бариера увеличава и става равна жк + U (фиг. 1.5), като външното отклонение на напрежението е активиран съгласно контакт потенциал разлика.
Фигура 1.4 трансфер Сигналите Обратната
Фигура 1.5 Промените в потенциала бариера
От външната захранващото напрежение се прилага срещу контакт потенциалната разлика на потенциалната бариера се намалява с размер ф (cm.
Фиг. 1.7), както и условията за инжектиране на мнозинството носители - дупките от полупроводника р-тип в полупроводника п-тип и електрона - в обратна посока. По този начин чрез постъпленията р -N съединителни голям постоянен ток, причинени от мажоритарните превозвачи. Допълнително намаляване на потенциалната бариера води до увеличаване напред ток с постоянна стойност на обратен ток спрея.
В процеса на обработка на кристали примес се въвежда така, че неговата концентрация и следователно концентрацията на носителите мнозинството в един от регионите на кристала (обикновено в полупроводников р-тип) два-три порядъка по-висока от концентрацията на примес в друга област. Районът с висока концентрация примес (ниско област) е основният източник на носители на заряд се движат през възел р -п се нарича емитер. Област с ниска концентрация на примеси и се нарича високо съпротивление база. Следователно, доминиращ компонент на постоянен ток, преминаващ през възел р -п и състояща се от електрони и дупки компоненти е това, което се определя от полето мнозинство носител с по-висока концентрация на
Когато | Ubr | >> JT преход значително се губи и токът е ограничен само от съпротивата (няколко десетки ома) базова площ РБ.
Напрежение ток характеристика (I-V) р -п възел е конструиран на базата на изразяване (1.10) и (1.11), има формата, показан на фиг. 1.8. ОБЛАСТ VAC лежи в първи квадрант съответства на директното включване на р -н възел и е в третия квадрант - реципрочно. Както е отбелязано по-горе, когато възникне достатъчно голям обратен преход разбивка напрежение. Разпределение по рязка промяна в режим на преход, който е под обратен напрежение.
Характерна особеност на тази промяна е рязък спад в диференциална преход съпротивление R раз = дю / ди (ф и и - напрежение на прехода и преходния ток, съответно). След началото на леко увеличение на напрежението на повреда обратна придружено от рязко увеличение на обратен ток. По време на повреда ток може да бъде увеличена с непроменена или дори намаляване (в абсолютна стойност) обратно напрежение (отрицателни превръща в последния случай, разликата съпротивление). На прехода VAC (фиг. 1.9) съответства на характеристиките на разпадане на региона на остър огъване в третата квадрант.
Фиг. 1.8 волт-амперна характеристика (а) и на електрическата схема на диод ценерови (б)
Има три вида на разпределение р-п възел: тунел, лавина и термично. И в тунела, и лавина разбивката се нарича електрическа повреда.
Тунелно разбивка настъпва, когато геометрична разстоянието между валентната зона и лента проводимост (ширина бариера) е достатъчно малък, има ефект тунел - феноменът на електроните преминават през потенциал бариера. Тунелно разбивка среща в р - п връзки с основа с ниска стойност на съпротивление.
Фиг. CVC 1.9 р - п възел
Механизмът е подобен механизъм лавина разбивка на йонизация въздействие в газове. Разпределението на лавина се случва, когато движението да се сблъскат с друг атом, отвор (или електрон) придобива достатъчно енергия за йонизиране атома. В резултат на това броят на носителите увеличава драстично и ток през увеличава разклонителни. Разстоянието, изминато от носител преди сблъсъка се нарича свободен дължината на пътя. Лавина разбивка възниква във висока резистентност база възел (с високо специфично съпротивление). Характерно, където разпределението на напрежението на възел е само леко в зависимост от тока през него (стръмно потапяне част в трети квадрант Вах, вж. Фиг. 1.9).
Когато топлинна разбивка ток увеличение се обяснява чрез нагряване на полупроводника в р-п-възел и съответно увеличаване на проводимостта. Термично разбивка характеризира с отрицателна диференциално съпротивление. Ако полупроводникови - силиций, след това с увеличаване на обратно напрежение топлинна разбивка обикновено се появява след електрическо поле (електрически разпределение по време на полупроводника се нагрява и след това се нагрява започва пробата). След електрическа повреда р-п-преход не променя свойствата си. След топлинна повреда, ако полупроводника имаше топли твърди достатъчно преход свойства се променят необратимо (полупроводникови устройства не успее).
Както вече бе отбелязано, поради разпространението на електрони и дупки в р-п-кръстовище в област преход като некомпенсиран обем (пространственото) такси йонизирани примесни атоми, които са прикрепени към полупроводникови кристалната решетка и по този начин не участват в процеса на електрически ток. Въпреки това, пространство заряд създава електрично поле, което, от своя страна, най-значително влияние върху движението на свободните носители на електроенергия, т.е.. Д. На процеса на протичане на ток.
Промените във външната напрежение прилага към р-п-преход, промени стойността на обема на изчерпване слой пространство заплащане. Следователно, р-п-съединителни се държи като плосък кондензатор, чиято мощност се определя чрез съотношението на промяна на пространството такса за промяна ¶Q ¶U включен напрежение в обратен преход, наречен бариера и може да се намери от уравнението
където e0 - диелектрична константа на вакуум; д - диелектрична константа
пропускливост; S - площ р-п възел; г - дебелината на изчерпване слой (дебелина на р - п възел).
Промяната в заряд в р-п възел може да бъде причинено от промяна в концентрацията на не-равновесни носители инжектиран в основата на напред пристрастие р - п възел. Съотношението на количеството на промяна на заряда инжектира в размер на промяна в напред напрежение определя дифузия р -п възел капацитет:
SDIF = DQ Eng / Du. Дифузията капацитет надхвърля бариерата, когато напред пристрастие р -п възел, но има малка стойност, когато обратната предубедени.