| Ваш IP: 54.226.73.255 | Online(30) - гости: 10, боты: 20 | Загрузка сервера: 0.94 ::::::::::::

ПРОЦЕССЫ В В ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОМ ПЕРЕХОДЕ

В большинстве полупроводниковых приборов используются кристаллы полупроводника с двумя и более участками (слоями) с различным током проводимости (n и p). При получении двухслойной структуры со слоями n и р-типа обычно концентрация примесей в слоях несимметрична: Na>>Nд либо Nд>>Nа. Один из слоев имеет более высокую концентрацию основных носителей и большую электропроводность: например, на рис. 1 показана двухслойная структура, где Na>>Nд, Рр>>Nn.

рис.1.

Область полупроводника, расположенная вблизи металлургической границы между р и n слоями, называется электронно-дырочным переходом или р-n переходом…

1. Рассмотрим процессы в р-n переходе в отсутствие внешнего электрического поля (рис. 1. а).

Из-за разности концентраций основных носителей в р и n-слоях происходит процесс диффузии через переход носителей заряда из области с повышенной в область с пониженной концентрацией носителей. При этом основные носители в р-области — дырки — диффундируют в n-слой, а основные носители n-слоя — электроны — диффундируют в р-слой. Диффузионный ток через переход Iдиф = Iдиф р + Iдиф n ≈ Iдиф р, так как в рассматриваемом примере Pp>>Nn.

Перейдя под воздействием сил диффузии металлургическую границу, носители рекомбинируют с основными носителями другого слоя. За счет ухода основных носителей из одного слоя и их рекомбинации в другом вблизи металлургической границы возникает область, обедненная подвижными основными носителями заряда и обладающая высоким сопротивлением (запирающий слой). В запирающем слое нарушается баланс положительных и отрицательных зарядов, так как при уменьшении концентрации подвижных носителей оказывается нескомпенсированным объемный заряд неподвижных ионов примесей: в р-слоев — отрицательных, в n-слое — положительных ионов. Этот двойной электрический слой (рис. 1.а) создает электрическое поле с напряженностью Ео и приводит к появлении на кривой распределении потенциала φ в полупроводнике потенциального барьера φо.

Электрическое поле, возникшее внутри запирающего слоя, вызывает направленное движение носителей через переход — дрейфовый ток, направленный навстречу диффузионной составляющей тока через переход. Дрейфовый ток через переход Iдр = Iдр р + Iдр n.

Диффузия носителей приводит к росту электрического поля и потенциального барьера, при этом растет дрейфовый ток. Рост двойного электрического слоя прекращается тогда, когда суммарный ток через переход равен нулю, т. е. Iдиф = -Iдр. Такой режим соответствует равновесному состоянию р-n перехода при отсутствии внешнего электрического поля.

Результирующий ток через переход в этом случае:

Iа = Iдиф — Iдр = Iдиф р + Iдиф n — Iдр р — Iдр n = 0

Ширина запирающего слоя в р- и n-слоях зависит от концентрации ионов примесей в слоях и тем меньше, чем больше концентрация примесей. Поэтому при рассматриваемом соотношении примесей Na>>Nд переход имеет двойной электрический слой, ширина которого в слабо легированной n-области больше (см. рис. 1.а).

2. Если двухслойный полупроводник включить в электрическую цепь (рис. 1. б) и приложить прямое напряжение  (плюс к р-слою, минус к n-слою), то это напряжение практически все оказывается приложенным к запирающему слою, как к участку с наибольшим сопротивлением. Из-за встречною направления внутреннего Ео и внешнего Еа, полей результирующая напряженность поля в запирающем слое снижается и потенциальный барьер равен φ=φ-Uа.

В результате этого возрастает количество носителей, обладающих энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, и увеличивается диффузионная составляющая Iдиф тока через переход. Дрейфовая составляющая определяется только количеством неосновных носителей, подошедших к запирающему слою в процессе теплового движения, причем неосновные носители по прежнему втягиваются полем перехода. Поэтому дрейфовый ток неосновных носителей от приложенного напряжения не зависит. Таким образом, суммарный ток через переход Iа = Iдиф — Iдр>0. Это прямой ток p-n перехода. Потенциальный барьер φо измеряется долями вольта, поэтому для протекания прямого тока к p-n переходу достаточно приложить напряжение, измеряемое тоже долями вольта. Уменьшение результирующего поля у p-n перехода приводит к уменьшению объемного заряда и сужению запирающего слоя.

3. Обратное смещение перехода (рис. 1.в) приводит к увеличению результирующего поля в запирающем слое и росту потенциального барьера: φ = φо+|Ua|. Диффузия носителей через переход становится практически невозможной, поэтому ток Ia = Iдиф — Iдр = -Iдр. В этом случае поле р-n перехода втягивает все подошедшие к нему неосновные носители независимо от потенциального барьера и через переход протекает только ток неосновных носителей: ток дырок из n-области в р-слой и электронов из р в n-слой. Однако ток неосновных носителей, или обратный ток, значительно меньше прямого тока через р-n переход, так как число неосновных носителей в полупроводнике мало. Соотношение прямого и обратного токов р-n перехода позволяет говорить об однонаправленной проводимости р-n перехода, т.е. о его выпрямляющем действии.

Обратный ток неосновных носителей через переход Iобр = Iдр иногда называют тепловым током, так как он сильно зависит от температуры: при нагреве полупроводника увеличивается генерация неосновных носителей; при этом тепловой ток удваивается при нагреве на 8º у германиевых приборов или на 10º, у кремниевых приборов.

При обратном смещении р-n перехода суммарная напряженность электрического поля перехода возрастает, поэтому возрастает заряд двойного электрического слоя и ширина запирающего слоя. Этот эффект используется в некоторых типах полупроводниковых приборов.

4. Зависимость тока через р-n переход от приложенного напряжения Iа = f (Ua) называется вольтамперной характеристикой (ВАХ) электронно-дырочного перехода.

рис.2

На рис. 2.а  ВАХ изображена при одинаковом масштабе по осям для положительных и отрицательных значений напряжений и токов. При малом прямом напряжении Ua, протекает большой прямой ток, при больших обратных напряжениях — малый тепловой ток. Характеристика рис. 2.а практически соответствует характеристике идеального вентиля, у которого имеют место нулевое падение напряжения при протекании прямого тока и нулевой ток при приложении обратного напряжения. Следовательно, свойства р-n перехода близки к свойствам идеального вентиля.

При необходимости учесть отличия ВАХ р-n перехода от идеальной вентильной характеристики ее строят в разных масштабах для положительных и отрицательных значений токов и напряжений (рис. 1.б, кривая 1).

Источник — Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. «Промышленная электроника» 1988 г.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Случайные статьи

  • Регуляторы температуры жала паяльников (220 и 36В)

    На 220В Схема регулятора показана на рис.1, в ней есть возможность регулировать напряжение питания паяльника от 140 до 220В. Принцип работы: Отрицательная полуволна сетевого напряжения поступает через VD2 к паяльнику полностью, а положительная полуволна через тринистор VS1. R5 VD1 образуют ограничитель напряжения, R1R2 и С1 фазосдвигающая цепь, а VT1 VT2  …Подробнее...
  • Автомат — выключатель освещения

    Автомат — выключатель позволяет выключать освещение в светлое время суток. Уст-во состоит из датчика освещенности — фоторезистора и фото реле на V1 V2, исполнительной цепи на V4 V10  и двух полупериодного выпрямителя. При уменьшении освещенности сопротивление фоторезистора R3 возрастает с 1…2 кОм до 3…5 МОм, что приводит к увеличению коллекторного …Подробнее...
  • Датчики Холла и их применение

    Современные датчики Холла обладают большой точностью, постоянством данных и низкой ценой. Они часто используются в автомобилях где важны такие параметры как устойчивость к вибрациям, разбросам температур. В автомобилях они применяются в качестве датчиков движения, скорости, направления… Основой датчика Холла является тонкий лист полупроводникового материала, если через этот материал пропустить постоянный …Подробнее...
  • Автоматический выключатель освещения на NE555

    Эта схема автоматического выключателя освещения в темное время суток автоматически включит свет и выключается его  утром. В качестве датчика освещения используется фоторезистор LDR. К схеме могут быть подключены любые лампы (люминесцентные, накаливания…). Основа автоматического выключателя триггер Шмитта на таймере 555. LDR и таймер 555 используются совместно для автоматического переключения. Свет …Подробнее...
  • УНЧ на TDA1553

    УНЧ на TDA1553

    Напряжение питания 6…18В Максимальный потребляемый ток 4А Выходная мощность при Uп=14,4В и Rн=4Ом: КНИ=0,5% -17Вт КНИ=10% -22Вт Ток покоя 160мА  Подробнее...