N félvezető, p - típusú (szennyező félvezetők) - studopediya
Az egyenlet a teljes áramsűrűség a félvezető.
A tiszta vagy intrinsic félvezetők koncentrációja elektronok és lyukak ugyanaz. A villamos vezetőképessége intrinsic (adalékolatlan) félvezető nagyon alacsony.
A legtöbb elektronikus eszközöket használnak félvezetők, amelyek egy úgynevezett szennyező vezetés. Konvertálásához intrinsic félvezető a szennyező, bevezethetjük a kristályrács számos speciálisan kiválasztott kémiai adalékanyagok, azaz végre dopping a félvezető.
Jelenlévő szennyeződések egy sor energia szintje a tiltott zónában. Ennek eredményeként, a valószínűsége az elektron-lyuk párok a gerjesztési lényegesen magasabb, mint a belső félvezető.
Ilyen félvezetők, az elektromos vezetőképesség elsősorban azonos jele töltéshordozók - elektronok vagy lyukak. Annak biztosítása érdekében, az elektron, vagy lyukvezetés, kellően hajlamosak, hogy egyetlen atom megfelelő szennyező atomok intrinsic félvezető. Szennyeződés atomok a kristályrácsban germánium vagy szilícium (4-es csoport a periódusos táblázat) általában helyettesítő atomok a fő része a rács csomópontok. Ennek a szubsztitúciós függ a szennyező anyagot.
Kétféle a dópoló anyag: Donor - öt vegyértékű elemek, mint a P, As, Sb (donor - így feláldozása). a donor koncentráció fogja jelölni Nd. Elfogadó - háromértékű elemek, mint a B, Al, In, Ga (akceptor - fogadó, figyelembe). Acceptor koncentrációt oly módon jelöljük Na. Alapján ezt a különbséget n-típusú félvezető és p-típusú.
Az n-típusú félvezető kristály 4 vegyértékű szilícium donor szennyező bevezetjük (vegyértéke - 5).
Ezért négy vegyérték elektronok szennyezést négy szomszédos szilíciumatomot tartalmaz. Az ötödik szennyező elektron nem vesz részt a kovalens kötések képződését, könnyen leválasztható atomjaik és szabaddá vált. Szobahőmérsékleten szinte minden elektronok a szennyeződések, amelyek nem kovalens kötések kialakítása szilícium atomok és szabadon, hogy részt vegyenek az elektromos vezetőképesség. Szennyeződés atom, amely elvesztette egy elektron, akkor lesz egy rögzített pozitív ion.
A szabad elektronok a szennyező hozzá a félvezető szabad elektronok által indukált termogeneratsiey azonban félvezető vezetőképesség válik túlnyomórészt elektronikus.
Ilyen körülmények között, az elektronok a többségi töltéshordozók, mint n >> p, és a lyukak - a kisebbségi töltéshordozók.
1. példa (≈ 2 g) szilícium - 4,99 * atom. Intrinsic koncentrációja ni = pi - 2 * jelentése /. Amikor be a szilícium-2 * foszfor atomot (összes ionizált), a vezetőképessége az elektronok fog kialakulni összege (2 + 2 * ≈2 *), ami növeli a vezetőképességet után adalékolás szilícium időben (100 ezer. Idő). Így tehát a 2 * a foszfor atomok 0,5 * szilíciumatomot tartalmaznak, így 0,5 * 2 * r, ami 1 * * d = 0,1 g = 0,1 g P (2 g Si) vagy 50mkg P 1 kg Si.
A p-típusú félvezető egy kristály 4 vegyértékű szilícium beadott akceptor szennyező (vegyértékével három).
Ezáltal három vegyérték elektronok szennyeződések képeznek kovalens kötést három a négy szomszédos szilíciumatom. Az egyik kovalens kötések továbbra is hiányos, ami egy üres energia állapot. Szennyeződés atom töltésére munkát igényel plusz elektron, így egy szilárd héj vosmielektronnoy. Ezt elektron venni bármelyike szilíciumatomot.
Szennyeződés atom kovalens kötés elektron félvezető rácsos rögzül negatív ion. A helyet a gazdarács, ahonnan véget szennyező atom elektron, egy lyuk van kialakítva. Ez hozzáadódik a félvezető saját okozott lyukaktól termogeneratsiey, így a vezetőképesség válik túlnyomórészt p-típusú félvezető.
Ilyen körülmények között, a lyukak a többségi töltéshordozók, mint p >> N, és az elektronok - kisebbségi töltéshordozók.
Az n-típusú félvezető következő egyenlőtlenség teljesül:
Nn >> Pn, ahol N - elektron koncentráció n-típusú félvezető;
P - koncentrációja lyukak n-típusú félvezető,
P-típusú félvezető:
Pp >> Np, ahol P - lyuk koncentrációt a p-típusú félvezető;
N - elektron koncentráció p-típusú félvezető.
A donor szennyező alkotnak szennyezési szintek Wd elhelyezve a rés közelében a vezetési sávban; elfogadó szennyező alkotnak szennyező anyagok szintjének a tiltott sáv található, közel a vegyérték sáv. Fermi szint adalékolt félvezetők között van elhelyezve a szintje Wd és az alján a vezetési sáv Wp között vagy a szint és a vegyérték sáv Wv (lásd. Ábra).
Az elektron-lyuk csomópont (p-n átmenet).
Elektromos átmenet félvezetők - a határfelületi a két terület közötti, amelynek fizikai jellemzői jelentősen eltérnek egymástól.
A munka a legtöbb félvezető eszközök használatán alapuló egy vagy több csomópont között két félvezetők különböző típusú vezetőképesség.
P-n átmenetet által képzett mechanikai kapcsolat a különböző félvezető vezetési típusú.
A félvezetők régiókkal p- és n-típusú, átmenetet képezve, az alábbi térbeli tartomány:
- kohászati csomópont (érintkező határvonal) - képzelt sík elosztjuk a p- és n-régió;
- átmeneti terület vagy régió vagy tértöltés kimerülése régióban - a régió mindkét oldalára átnyúlik a kohászati határ (amelynek vastagsága 1 mikron 0,1 mikron, a technológiától függően);
- semleges régió (p- és n-régiók) között fekvő tértöltés régió és a félvezető n- és p-típusú;
- ohmos kapcsolatok - következtetéseket, hogy véget ér a semleges zóna.
Tekintsünk egy modell hirtelen és lépcsőzetesen p-n átmenetet, amelyben a szennyező atom koncentrációjának hirtelen változik az értéke Nd a régióban N értékre Na a p.
Feltesszük, hogy az átmenet szimmetrikus. Feltételek, amelyek Nd = Na. Ha Nd ≠ Na - átmenet aszimmetrikus.
Ha Nd> Na átmenetet jelzi;
amikor Nd átmenet modell alapján szerkesztett fogalmak, mint például: - átmeneti tartomány vastagsága - d; - maximális intenzitása a belső elektromos mező E; - elektromos töltés sűrűség Q. Ábra eloszlás paraméterek a p-n átmenet (szimmetrikus) Nn = Pp. (Pn = NP); Nn >> Pn; Pp >> Np képviseli a rajzban.
Ábra eloszlás paraméterek a p-n átmenet:
1) az elosztó a donor és akceptor koncentráció;
2) A koncentráció eloszlását elektronok és lyukak;
3) a megoszlása a kapcsolattartó potenciális különbség;
4) a eloszlását térerősség.
Abban az esetben, kapcsolati heterogén félvezetők indul intenzív diffúzió töltéshordozók. mert elektron koncentráció a n-régió nagyobb, mint p-régió (Nn >> Np), majd néhány az elektronok n-szórt régió a p-régió. A p-régióban a kohászati határértékek felesleges elektronokat, hogy elfoglalja az üres kovalens kötés, amely csökkenti a koncentrációt a határréteg hoz létre lyukakat és egy réteg negatív rögzített díjak (ionok) akceptorok.
Mivel néhány az elektronok a n régió eltolódott p, a régió a határréteg csökken az elektron koncentráció n, és nincs kimutatható kompenzált pozitív ionok donor atom.
Így a határ körül van kialakítva egy acél kétrétegű ellenkező előjellel a rögzített díjak (ionok donorok és akceptorok). Ez az a réteg, az úgynevezett p-n átmenet, vagy egy blokkoló réteget; ez határozza meg a kapcsolati potenciálkülönbséget (potenciális gátat) a Ge - (0,2 ÷ 0,3) B Si - (0,7 ÷ 0,8) B.
Ilyen átmenetek elektronok addig folytatódik, amíg a villamos potenciál gát területén nem nő, így az energia az elektronok lesz elég ahhoz, hogy megoldja ezt a mezőt.
A potenciálgát létrehoz egy retardáló mezőt a fő töltéshordozók, és megakadályozza mozgását elektronok a p-régió, lyukak - a n-régió.
A kisebbségi töltéshordozók (lyukak n-régió és elektronok a p-mező) potenciálgát mező gyorsul. A transzfer végezzük, amellyel a kisebbségi töltéshordozók keresztül p-n átmenet (drift áram). Kisebbségi töltéshordozók, átáramlik az átmeneti terület, semlegesített néhány ionok két megjelölés, ami csökkentené a potenciális gáton, és növeli a diffúziós áram többségi töltéshordozók. így a p-n átmenetet egy dinamikus egyensúly.
Az irány diffúziós áramok többségi hordozóval, amely ellentétes a drift áram a kisebbségi töltéshordozók keresztül p-n átmenetet.
mert Egy izolált félvezető kapott áramsűrűség egyenlő nullával, a dinamikus egyensúly állapot lehet meghatározni:
Az érték a kapcsolati potenciális különbség által meghatározott helyzete a Fermi szint félvezetők N- és p-típusú:
A vastagsága a p-n átmenetet az egyensúlyi állapot lehet meghatározni:
,
ahol - a relatív dielektromos állandója a félvezető,
- a dielektromos állandója a levegő,
- abszolút dielektromos állandója a félvezető:
Az elektromos térerősség E p-n átmenetet határozza meg származékot a kapcsolati potenciális különbség mentén vett geometriai X koordináta:
.
Megsértése egyensúlyi p-n átmenetet lehet törni, amikor csatlakozik a ohmos kapcsolatok egy külső feszültség. A természet a jelenlegi polaritásától függően és nagyságát a külső feszültség a p-n átmenet és az értéke különböző.