Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

4) Возникновение потенциального барьера связано с такими физическими явлениями, как туннельный эффект, лавинные и пролетные явления в полупроводниковых структурах, высокочастотные неустойчивости в твердотельной плазме. Устройства с такими p–n -переходами используются в качестве усилителей и генераторов сверхвысоких частот.

Между образовавшимися объемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов: uK= цn - цp и электрическое поле, направленное от n - области к p - области. Как видно, в p-n - переходе возникает потенциальный барьер, который препятствует диффузии основных носителей зарядов.

У германиевых переходов jТ = (0,3 – 0,4) В, у кремниевых jТ = (0,7 – 0,8) В.

5) Если подключить к p-n-переходу источник внешнего напряжения таким образом, чтобы плюс был приложен к области полупроводника n-типа, а минус – к области полупроводника p-типа (такое включение называют обратным, рис. 1.4), то обедненный слой расширяется, так как под воздействием внешнего напряжения электроны и дырки смещаются от p-n-перехода в разные стороны. При этом высота потенциального барьера также возрастает и становится равной jк+ u (рис. 1.5), поскольку напряжение внешнего смещения включено согласно контактной разности потенциалов.

Рис 1.4 Обратное смещение перехода

Рис 1.5 Изменение потенциального барьера

Так как напряжение внешнего источника прикладывается встречно контактной разности потенциалов, то потенциальный барьер снижается на величину u (см. рис. 1.7), и создаются условия для инжекции основных носителей – дырок из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа, а электронов – в противоположном направлении. При этом через p-n-переход протекает большой прямой ток, обусловленный основными носителями заряда. Дальнейшее снижение потенциального барьера ведет к росту прямого тока при неизменном значении обратного дрейфового тока.

7) Прямая ветвь вольт - амперной характеристики: Величина прямого тока в диоде должна зависеть от напряжения экспоненциально. Однако реальные характеристики отличаются от экспоненты по ряду причин. Ввиду резкой зависимости прямого тока от напряжения ВАХ обычно описывают беря ток I в качестве аргумента:

Отсюда видно, что напряжение U, соответствующее некоторому заданному значению прямого тока I тем больше, чем меньше обратный ток  .У кремниевых диодов, ток  которых значительно меньше, чем у германиевых, начальный участок прямой ветви очень пологий.

8) Диффузионная длина в полупроводнике - расстояние, на котором плоский диффузионный поток неравновесных носителей заряда (в отсутствие электрического поля) уменьшается в е раз. Д. д. L имеет смысл среднее расстояния, на которое смещаются носители заряда в полупроводнике вследствие диффузии за время их жизни: , где D - коэффициент диффузии носителей заряда в полупроводниках.

Возникшие в результате генерации электроны и дырки, находясь в состоянии хаотического теплового движения, спустя некоторое время, среднее значение которого называется временем жизниносителей заряда, встречаются друг с другом, в результате чего происходит восстановление ковалентных связей.

9) Подвижность носителей заряда - коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростьюносителей и приложенным внешним электрическим полем. Определяет способность электронов и дырок в металлах и полупроводниках реагировать на внешнее воздействие.

Рекомбинация - процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального атома (молекулы), приводящая к образованию отрицательного иона, и в более редких случаях - рекомбинация отрицательного иона с образованием двух- или трехкратно заряженного отрицательного иона. Вместо электрона в некоторых случаях могут выступать другие элементарные частицы, например мезоны, создавая мезоатомы или мезомолекулы. На ранних этапах развития вселенной происходила реакция рекомбинации водорода.

Тепловое действие тока - при прохождении тока, проводники нагреваются.

10) В реальных диодах обратный ток диода складывается из теплового тока, тока термогенерации и тока утечки.

11) Под пробоем p-n- перехода понимают значительное уменьшение обратного сопротивления, сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Различают три вида пробоя: туннельный, лавинный и тепловой.

Туннельный пробой возникает при малой ширине p-n-перехода (например, при низкоомной базе), когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. В результате туннельного пробоя ток через переход резко возрастает и обратная ветвь ВАХ идет перпендикулярно оси напряжений вниз.

Лавинный пробой возникает в том случае, если при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон или дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов; здесь основную роль играют неосновные носители, они приобретают большую скорость. Лавинный пробой имеет место в переходах с большими удельными сопротивлениями базы («высокоомная база»), т.е. в p-n-переходе с широким переходом.

Тепловой пробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода.

Если туннельный и лавинный пробои, называемые электрическими, обратимы, то после теплового пробоя свойства перехода меняются вплоть до разрушения перехода.