Elektromos átmenetek - stadopedia
A félvezetőben lévő elektromos átmenet két olyan régió közötti határréteg, amelynek fizikai jellemzői jelentősen eltérnek egymástól.
A félvezető két régiójának különböző típusú villamos vezetőképesség közötti átmenetét elektron-lyuk vagy p-n csomópontnak nevezzük.
Transitions a két régió között egy vezetési típusú (p- vagy n-típusú), amelyek különböznek a szennyezettségi koncentrációja, és ennek megfelelően az értéke fajlagos vezetőképességét nevezik az elektron-elektron (- átmenet), vagy a lyuk-lyuk (- átmenet), és a „+” jel a kijelölési az egyik réteg azt mutatja, hogy a koncentráció az egyik típusú töltéshordozók ez a réteg lényegesen magasabb, mint a második réteg és így kisebb, az elektromos ellenállás.
A két sávszélességű két félvezető anyag közötti átmeneteket heterojuncióknak nevezzük. Ha az átmenetet létrehozó régiók egyike fém, akkor ezt az átmenetet fém-félvezető átmenetnek nevezzük.
Fém-félvezető érintkező. Hagyja, hogy a Fermi-szint a fémben, amely mindig a vezetősávban van, a P-típusú félvezető Fermi szintje fölött helyezkedik el.
Ábra. 1. A p-típusú fém-félvezető érintkező energia sávdiagramja:
a - fém, b - p típusú félvezető, в - fém-félvezető érintkezés.
Mivel a fém elektron energiája nagyobb, mint a félvezető töltőhordozóinak energiája, néhány elektron átmegy a fémtől a félvezetőig. Az átmenet addig folytatódik, amíg a kapcsolat közelében lévő Fermi szintek nem állnak összhangban. A kontaktus közelében lévő félvezető feleslegben van az elektronok feltöltése # 916; n, amely elkezd újraegyesíteni a lyukakat. A lyukak koncentrációjának csökkentése az elektro-neutralitás megsértését eredményezi ezen a területen. Az akceptor-szennyeződés immobile negatív töltött ionjainak réteget képez, vagyis a régió nem pozitív töltésű, ezért térbeli töltés alakul ki az érintkezési régióban.
Az egyensúlyi rendszerben a mozgó fő és nem primer töltőhordozók dinamikus egyensúlyát figyeljük meg.
Egy keskeny érintkezési felületen, amelynek vastagságát az úgynevezett Debye jellemzi, az energiaszintek íveltek (1.
A fém és a félvezető közötti átmenet szelepes tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt a Schottky akadálynak nevezik.
Hasonló folyamatok zajlanak, amikor érintkeznek Me n-típusú félvezető, amelynek Fermi szint magasabb, mint a Me.
Ábra. 2. A fém-félvezető érintkezőjének zóna vázlata, amelynél inverz réteg jelenik meg: a - fém, b - n típusú félvezető, в - fém-félvezető érintkező
Két p- és n-típusú félvezető érintkezése. Tekintsük át a félvezető két tartományának különböző típusú elektromos vezetőképességű átmenetét. A fő töltéshordozók koncentrációja e régiókban azonos vagy lényegesen eltérő lehet.
Az elektron-lyuk átmenet, amelyben, szimmetrikusnak nevezik. Ha a fő töltéshordozók koncentrációja régiókban eltér (vagy), és 100 ... 1000-szel különbözik, akkor az ilyen p-n átmeneteket aszimmetrikusnak nevezik.
A szennyeződések eloszlásának jellegétől függően kétféle átmenet van: éles (lépésenként) és sima. Éles átmenet esetén a régiók közötti határfelületen a szennyeződési koncentrációk a diffúziós hosszaknak megfelelő távolságban változnak. Sima átmenet esetén a szennyeződések koncentrációi a régiók közötti határfelületen sokkal nagyobb távolságra vannak, mint a diffúziós hossza.
Az aszimmetrikus pn csomópont tulajdonságai. Hagyja, hogy a lyukkoncentráció a p-típusú félvezető-régióban sokkal nagyobb legyen, mint az elektron-koncentráció az n típusú régióban.
Mivel a lyuk koncentráció a p régió magasabb, mint a régióban N, része lyukak át diffúzióval n-régióban, a határ közelében lesz, ezért a felesleges lyukakat kell rekombinorovat elektronokkal. Következésképpen ebben a zónában a szabad elektronok koncentrációja csökken, és a donor szennyeződések kompenzálatlan pozitív ionjainak régiói alakulnak ki. A p-régió lyukak elhagyja a határréteg képződését elősegíti régiók kompenzálatlan negatív töltések akceptor létrehozott szennyeződések ionok.
Ugyanígy, egy elektron diffúz transzferje az n rétegtől a p-rétegig történik. Mozgás történik, amíg a Fermi szintek egyenlők.
A kisebbségi fuvarozók átmenetével csökken a térköltség és az átállási elektromos tér. Ennek következtében van egy további diffúziós csomópont többségi töltéshordozók, míg az elektromos mező veszi az eredeti értékét. Abban az esetben, azonos áramlási többségi és kisebbségi töltéshordozók és így áramok történik dinamikus egyensúly.
Így az egyensúlyi állapotban lévő p-n átmenet révén két ellentétes töltésáram dinamikus egyensúlyban mozog és kölcsönösen kompenzálva egymást.
Az ionok a pn csomópontban potenciális különbséget eredményeznek Uk. a potenciális gátnak vagy az érintkezési potenciál különbségnek nevezik.
Az elektromos térerõsség az Egyesült Királyság különbsége. a koordinátából vettek:
Az érintkezési potenciálkülönbség értékét a Fermi-szintek pozíciói határozzák meg az n és p régiókban:
Az aszimmetrikus lépéses átmenet szélessége a következő kifejezésből határozható meg:
ahol a félvezető relatív permittivitása; a levegő dielektromos állandója.
Az átmenet előrefelé tolódott. A potenciális gát csökkenni fog és egyenlő lesz:. Ennek megfelelően a pn csomópont szélessége csökken: és annak ellenállása. A láncban elektromos áram áramlik. Mindazonáltal mindaddig, amíg | U |, a töltőhordozókból kimerült pn csomópont nagy ellenállással rendelkezik, és az áram kis értékű. Ezt az áramot a töltőhordozók további diffúziós mozgása okozza, amelynek elmozdulása a potenciális gát csökkentésével összefüggésben lehetséges.
A | = | U | esetén a pn csomópont vastagsága nullára növekszik, és az U feszültség további növekedése, mint a töltőhordozók által kimerült régió, teljesen eltűnik.
Ábra. 1. A p-n csomópont szerkezete előrefelé (a) eltolva; a (b) pn csomópontban lévő potenciális eloszlás
A töltőhordozóknak az elektron-lyuk csomóponton keresztül történő bevezetése a félvezető-régióba, ahol kisebbségi hordozók a potenciális gát csökkentésével, injekciónak nevezzük.
Egy viszonylag kis ellenállással rendelkező injekciós réteget emitternek neveznek. A réteg, amelyben a hordozók, amelyek nem a fő hordozók, befecskendezik, - az alap.
Közel p- N- átmenet lyuk koncentrációt a n régióban és elektronok a p régió eltér az egyensúlyi :; .
További NNS egy ideig (3 ... 5) # 964; amelyet a fő töltéshordozók kompenzálnak, amelyek a félvezető térfogatából származnak. Ennek eredményeként a fő töltéshordozók által létrehozott díj jelenik meg a p-n csomópont határán. És a következő feltétel teljesül: # 8710; nn # 8710; pn; # 8710; # 8710; np
A félvezető elektron-neutralitása visszaáll. A fő töltéshordozók ilyen újraelosztása elektromos áramot eredményez a külső áramkörben, mivel azokért kapja a töltéshordozókat, akik a p-n átmenet után elhagyták, és eltűntek a rekombináció eredményeként. A n. a félvezetőn belül koncentrációjuk folyamatosan csökken a rekombináció miatt. Ha a p és n tartományok mérete meghaladja az Ln diffúziós hosszát. Lp. akkor a kisebbségi töltéshordozóknak az átmenettől távol eső koncentrációi a következők:
ahol x az a távolság, ahonnan a felesleges koncentráció van # 8710; pn vagy # 8710; np.
Az x ≈ (3 ± 5) L távolságnál a n. általában pn0 és np0. Távol a p-n-csomóponttól, ahol a diffúziós áram komponens nullára fordul, az utóbbi drift jellegű, és az ún. egy külső feszültség által létrehozott elektromos mezőben mozognak a p és n régiókban, amelyek ohmos ellenállással rendelkeznek.
Az egyensúlyi állapotban a p-n csomóponton áthaladó áram két komponenssel rendelkezik. Az egyik oka a fő töltéshordozók diffúziója annak a régiónak, ahol nem alapvető, a másik pedig az NN sodródik. hő eredetű. A fény fényereje. - IT azáltal, hogy növeli a potenciális akadályt, és az alkalmazott feszültség függvénye.
Az áram egy másik összetevője a külső feszültség alkalmazása során gyakorlatilag változatlan marad, ami a p-n csomópont közelében lévő hordozók generálásának köszönhető, a diffúziós hossznál kisebb távolságra.
Ez egy idealizált p-n-csomópont egyenlete, amely alapján meghatározzák a félvezető eszközök áram-feszültség jellemzőit. IT - hőáram (fordított telítési áram). A hőmérséklet függvénye, és nem függ a feszültségtől.
Az átmenet az ellenkező irányba tolódott.
Ábra. 2. Az előfeszített p-n csomópontjának szerkezete az ellenkező irányba (a) potenciális eloszlás a b)
Ha egy elektron-lyuk találkozásánál alkalmazzák záróirányú feszültség, a polaritás, amely egybeesik az irányt a kapcsolattartó potenciális különbség ( „+”, hogy az N-terület, „-”, hogy a p-mező), a teljes potenciálgát növekszik.
A fő hordozók mozgása a p-n csomóponton keresztül csökken, és egyes U értékeknél teljesen leáll; a fő hordozók hiánya a p-n csomópont régiójában kezdődik. Ebben az esetben az áram az NNG mozgásának köszönhető. amelyek az elektron-lyuk átmenet mezőjével ütköznek, és elfogják őket és továbbítják a p-n csomóponton. Ez egy extrakció ("szopás" n.nz). Ápolási gondozás hogy a p-n-csomópont koncentrációja nullára csökken. Убыль н.наз. elektromos áramot hoz létre. Fordított előfeszítés esetén:
Így az ND áramlása által okozott hőáram. Ez változatlan marad, és a jelenlegi diffúzió miatt o.n.z. exponenciálisan csökken. A feszültség 2-3 # 966; T áram a. elhanyagolható. Az érték a visszirányú áram független a fordított feszültség a p-N- csomópont. Ezért a termikus áram IT ebben az esetben az inverz telítési áram. Ez annak köszönhető, hogy minden n. keletkezett által határolt térfogaton a diffúziós hossz, területe p-N- csomópont vesz részt a mozgásban keresztül p-n-csomópont. Ebből következik, hogy az idealizált p-n-csomópont szelepes tulajdonságokkal rendelkezik.