Лекция №11. Электрические переходы в полупроводниках. Содержательная часть. Гомопереход

Лекция №11

Электрические переходы в полупроводниках

Целью изучения данного раздела является формирование у студента системы необходимых знаний об электрических переходах в полупроводниках.

Содержательная часть

Электрический переход в полупроводнике — это граничный слой между двумя областями, физические характеристики которых существенно различаются.

Электронно-дырочный переход (p-n-переход) — это электрический переход между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности.

Гомопереход (гомо-p-n-переход) — это p-n переход между двумя областями одного и того же полупроводника с различным типом электропроводности. Например, .

Гетеропереход (гетеро-p-n-переход) — это p-n переход между двумя различными полупроводниками с различным типом электропроводности. Например, .

Если одна из областей, образующих электрический переход является металлом, переход называется контактом металл-полупроводник.

Гомопереход

Он представляет собой область вблизи контакта двух легированных полупроводников с различными типами электропроводимости в едином кристалле.

С точки зрения энергетической диаграммы p-n-переход представляет собой потенциальный барьер .

Рис. 6. 10. Энергетическая диаграмма p-n-перехода

Основными носителями в p-области являются дырки в валентной зоне; в n-области — свободные электроны в зоне проводимости. При существует потенциальный барьер , который мешает переходу электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Таким образом, при отсутствии напряжения ток через p-n-переход не течет.

Рис. 6. 11. Энергетическая диаграмма p-n-перехода при прямом смещении

При приложении прямого напряжения ( «+» к p-области; «–» — к n-области) потенциальный барьер снижается и становится равным . Дырки из p-области переходят в n-область, где они являются неосновными носителями, создавая дырочный ток. Электроны из n-области переходят в p-область, где они являются неосновными носителями, создавая электронный ток. Таким образом, при прямом смещении через p-n-переход начинает протекать ток, обусловленный движением основных носителей.

Процесс перехода носителей в область, где они являются неосновными, называется инжекцией.

Процесс перемещения носителей в полупроводнике под действием внешнего электрического поля называется дрейфом. Отметим, что в полупроводнике существует еще один механизм движения носителей, называемый диффузией. Он происходит в случае неравномерного распределения носителей по полупроводнику. Носители смещаются в область, где меньше их концентрация. Дрейф является более быстродействующим механизмом перемещения, так как он обусловлен действием поля и носителя смещаются по направлению действия электрического поля.

Рис. 6. 12. Энергетическая диаграмма p-n-перехода при обратном смещении

При приложении обратного напряжения ( «–» к p-области; «-» — к n-области) потенциальный барьер возрастает и становится равным . Он мешает переходу электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Таким образом, при обратном смещении ток через p-n-переход не течет.

Заметим, что при и обратном смещении через p-n-переход протекает обратный ток, обусловленный движением неосновных носителей: дырок из n-области в p-область и электронов из p-области в n-область. Этот ток очень мал, так как концентрация неосновных носителей в легированных полупроводниках очень малая.

Вывод: p-n-переход обладает вентильными свойствами. При приложении прямого напряжения через переход течет ток, значение которого экспоненциально увеличивается при увеличении напряжения . При обратном смещении через p-n-переход течет малый ток, значение которого не зависит от приложенного напряжения и увеличивается с ростом температуры.

12 Следующая ⇒