4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ.

Работа большинства полупроводниковых приборов может быть понята на основе рассмотрения простейшего перехода, называемого л-р-переходом, который представляет собой систему из двух полупроводников, находящихся в контакте, причем в одном из них имеются избыточные электроны (л-тип), а в другом — избыточные дырки (р-тип). Наиболее важным процессом переноса, возникающим сразу же после создания контакта, является диффузия зарядовых носителей вследствие градиента их концентрации.

Дырки изр-области будут диффундировать в л-область, а электроны наоборот. Диффузия гасится электростатическим полем, которое создают нескомпенсированные ионы в области объемного заряда. Эти процессы приводят к тому, что между соприкасающимися образцами появляется разность потенциалов, называемая контактной ец>0.

Покажем, что равновесие наступает в том случае, когда энергии Ферми слева и справа от л-р-перехода устанавливаются на одном уровне. Концентрации электронов в зоне проводимости слева и справа от л-р-перехода равны:

Здесь ппп — концентрация электронов (1-й индекс л) в образце л-типа (2-й индекс л); ппр — концентрация электронов в образцер-типа. Электроны, подходящие к л-р-перехо- ду справа, со стороны полупроводника р-типа пересекают его беспрепятственно, так как электрическое поле способствует их движению. То же самое справедливо для дырок слева. Таким образом, л-р-переход беспрепятственно преодолевают неосновные носители тока, создавая так называемый дрейфовый ток Количество электронов, подходящих к границе раздела справа, при максвелловском распределении по скоростям равно , где (и) — средняя

скорость электронов. Заменяя ппр, получим

Теперь рассмотрим переходы основных носителей в полупроводнике п-типа. Начнем с электронов, число которых при подходе к области перехода равно Не

все они пройдут через барьер, создаваемый контактной разностью потенциалов. По Больцману, доля электронов, энергия которых превосходит контактную разность потенциалов, составляет .Число электронов, переходящих из «-полупроводника в р-полупроводник, равно

Это число равно предыдущему. Те же рассуждения можно повторить и для дырок. Таким образом, при одинаковом положении энергии Ферми в л- и р-полупроводни- ках обеспечивается динамическое равновесие. В отличие от «дрейфового» тока неосновных носителей, ток основных носителей называется диффузионным и обозначается /г, т. е. получаем: 1г =

Как видно из рис. 4.7, в области л-р-перехода энергия Ферми лежит вблизи середины запрещенной зоны. Такая ситуация характерна и для собственных полупроводников, которые обладают существенно меньшей электропроводностью, чем примесные. Таким образом, подавляющая

Рис. 4.7

Распределение заряда и потенциал в п-р-переходе: а — нескомпенсированные ионы доноров и акцепторов; б — уровень Ферми (ЕЕ) одинаков в р- и «-области; в — приближение нескомпен- сированного заряда в обедненном слое; г — электростатический потенциал для электронов; д — электрическое поле в обедненном слое.

часть электрического сопротивления сосредоточена в области л-р-перехода. Следует отметить, что на самом деле л-р-переход хорошего качества нельзя получить, просто приводя в соприкосновение полупроводники разных типов. Один из способов получения кристалла с л-р-перехо- дом — рост монокристалла.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >