Электронно-дырочный переход. ВАХ

Электронно-дырочный, или р-п- переход, образуется между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводность, а другая — дырочную электропроводность.

Рассмотрим процесс образования и свойства p-n-перехода. Допустим, что концентрация электронов в n-области полупроводника равна концентрации дырок в р-области (рис. 1,а). На границе областей возникают градиенты концентраций электронов и дырок, вследствие чего происходит диффузия дырок из р-области и электронов из п -области полупроводника. Диффузия электронов и дырок создает диффузионный ток через р - п -переход. В результате диффузии носителей заряда в граничном слое происходит рекомбинация, р-область приобретает не скомпенсированный отрицательный заряд, а п -область — не скомпенсированный положительный заряд, обусловленные соответственно отрицательными и положительными ионами. В граничном слое образуется электрическое поле, направленное от п -области к р-области (рис 1,б). Электрическое поле в этом слое, называемом запирающим, вызывает дрейф не основных носителей заряда (дырок из n-области в р-область и электронов — наоборот), создающий дреифовыи ток, встречный по направлению диффузионному току. Результирующий ток через р-n-переход отсутствует (внешняя цепь разомкнута), поэтому диффузионный ток должен быть равен по абсолютной величине дрейфовому току. Это равенство устанавливается при определенной контактной разности потенциалов между р- и п -областями. Величина определяет высоту потенциального барьера р- п -перехода (рис. 1,в). Потенциальный барьер препятствует диффузии основных носителей заряда, следовательно, с увеличением потенциального барьера диффузионный ток должен убывать.

Рис.1: а) — распределение носителей зарядов в р- и п-областях до контакта; б)— образование р-п- перехода; в)— потенциальный барьер

Сопротивление запирающего слоя велико, поскольку он обеднен основными носителями заряда, которые выталкиваются из него электрическим полем Е_ЗАП. Ширина запирающего слоя L уменьшается с увеличением концентрации основных носителей заряда (с уменьшением контактной разности потенциалов). Значения L обычно колеблются в пределах 0,01 — 1 мкм. Если к р - п -переходу приложить внешнее электрическое поле напряженностью Е_ВН путем подключения полупроводника к источнику э. д с. Е так, как показано на рис.2.а, то напряженность результирующего поля в переходе Е_РЕЗ=Е_ЗАП-Е_ВН. При этом почти все внешнее напряжение будет приложено к запирающему слою, поскольку его сопротивление значительно больше сопротивления остальной части полупроводника. Высота потенциального барьера уменьшится и станет равной (рис.2.б), ширина его также уменьшится. Дрейфовый ток снизится, а диффузионный ток возрастет, в результате чего динамическое равновесие нарушится и возникнет ток через р-n-переход. Этот ток называют прямым током, а включение р-п -перехода, показанное на рис.2.а, — прямым включением. При обратном включении р-п-перехода (рис.3.а) Е_РЕЗ=Е_ЗАП+Е_ВН, высота потенциального барьера (рис.3.б), ширина его также увеличится. Диффузионный ток, обусловленный движением дырок из р-области и электронов — из п -области, уменьшается из-за противодействия электрического поля в запирающем слое. Дрейфовый ток, обусловленный движением не основных носителей заряда, увеличивается благодаря увеличению потенциального барьера. Таким образом, через р- п -переход возникает результирующий ток, создаваемый движением не основных носителей заряда.Поле запирающего слоя как бы «вытягивает» не основные носители заряда из полупроводника. Попадая в запирающий слой, они подхватываются его полем и перемещаются через р- п -переход. Поскольку концентрация не основных носителей значительно меньше концентрации основных носителей заряда, определяющих прямой ток р- п -перехода, обратный ток р- п -перехода существенно меньше прямого (обычно на несколько порядков). Это и определяет вентильные свойства p-n-перехода, т. е. способность проводить ток только в одном направлении.

Количественный анализ процессов р- п -перехода позволяет получить теоретическую ВАХ р- п -перехода (рис.4). Прямую 1 и обратную 2 ветви ВАХ изображают в различном масштабе, поскольку в нормальном режиме работы р- п -перехода обратный ток на несколько порядков меньше прямого.

Рис.4: 1—прямая ветвь; 2—обратная ветвь при лавинном пробое; 3—обратная ветвь при тепловом пробое.

Поиск по сайту: