Контактное электрическое поле
Cтраница 2
Для эффективного преобразования энергии теплового излучения в электричество используются полупроводниковые структуры с электронно-дырочным переходом ( p - n - переходом), который представляет собой область раздела между слоями полупроводникового материала, имеющими проводимость противоположного знака. В этой области в результате взаимной диффузии основных носителей тока образуется двойной электрический слой объемных зарядов - контактное электрическое поле, напряженность которого направлена от области n - типа к области р-типа. [16]
В полупроводниках я-типа основными подвижными носителями заряда являются отрицательные электроны, а в полупроводниках р-тнпа - положительные дырки. В случае контакта двух полупроводников электроны и дырки получают возможность переходить из одного полупроводника в другой, и поэтому между полупроводниками, так же как и между металлами, возникает контактная разность потенциалов, а в тонком пограничном слое появляется контактное электрическое поле. [17]
 |
Термостолбик для измерения интенсивности излучения. [18] |
В полупроводниках л-типа основными подвижными носителями заряда являются отрицательные электроны, а в полупроводниках р-типа - положительные дырки. В случае контакта двух полупроводников электроны и дырки получают возможность переходить из одного полупроводника в другой, и поэтому между полупроводниками, так же как и между металлами, возникает контактная разность потенциалов, а в тонком пограничном слое появляется контактное электрическое поле. [19]
В полупроводниках n - типа основными подвижными носителями заряда являются отрицательные электроны, а в полупроводниках р-типа - положительные дырки. В случае контакта двух полупроводников электроны и дырки получают возможность переходить из одного полупроводника в другой, и поэтому между полупроводниками, так же как и между металлами, возникает контактная разность потенциалов, а в тонком пограничном слое появляется контактное электрическое поле. [20]
Такая разность потенциалов образуется, естественно, и между катодом и анодом. Материал, из которого сделан анод, и его работа выхода неизвестны. Значит, неизвестно и направление контактного электрического поля. [21]
Соприкосновение двух полупроводников с разными типами проводимости в результате перемещения электронов и дырок через поверхность раздела приводит к образованию двойного электрического слоя. В области ab - полупроводника образуется избыточный положительный заряд, в области be на р-полупроводнике - избыточный отрицательный заряд. Двойной слой, обедненный подвижными носителями заряда, создает контактное электрическое поле с напряженностью Епр и некоторой разностью потенциалов на его границах. Это поле препятствует дальнейшему переходу носителей заряда: электронов слева направо и дырок - справа налево. Толщина / слоя p - n - перехода в практически важных полупроводниках ( германий, кремний, теллур) имеет величину от 10 - 4 до 10 - 5 см. Контактная разность потенциалов, представляющая собой потенциальный барьер для подвижных носителей заряда, составляет несколько десятых вольта. Электроны и дырки могут преодолеть такую разность потенциалов лишь при температуре в несколько тысяч градусов. Поэтому электроны и дырки полупроводников при обычных температурах не могут проникнуть в равновесный контактный слой, который является запирающим слоем, обладающим повышенным сопротивлением. [22]
Предположим, освещается дырочный полупроводник. Возникшие в нем под действием света пары при подходе к р - n - переходу разделятся. Дырки останутся в дырочном полупроводнике, а электроны, подхваченные контактным электрическим полем, перейдут через запирающий слой в полупроводник с электронным механизмом проводимости. Следовательно, из освещаемого полупроводника переходят через запирающий слой в другой полупроводник только неосновные носители, а основные носители продолжают локализоваться в подвергающемся освещению полупроводнике. По мере перехода неосновных носителей тока из одного полупроводника в другой будет увеличиваться их накопление в одной части рассматриваемой системы, в то время как в другой части будет происходить накопление основных носителей тока. Таким образом, образованные светом пары начнут разделяться: электроны будут концентрироваться в электронном полупроводнике, а дырки - в дырочном. [23]
 |
Демонстрация существования контактной разности потенциалов.| Измерение контактной разности потенциалов компенсационным методом. [24] |
Нить заряжается при помощи батареи Б1 до некоторого потенциала ( сотни вольт), величину которого знать не требуется. К пластинам также прикладывается небольшая разность потенциалов ( несколько вольт), плавно изменяемая при помощи делителя напряжения и измеряемая вольтметром V. Если к пластинам не приложено никакого напряжения, то между ними существует только контактное электрическое поле, которое обнаруживается в том, что при замыкании ключа К нить Н отклоняется. [25]
Совсем иное имеет место в рассматриваемой нами системе, состоящей из р - и - полупроводников. Контакт р - и - полупроводников приводит к образованию между ними контактного электрического поля. И если работа выхода дырочного полупроводника больше работы выхода электронного, что обязательно всегда бывает для двух полупроводников одного и того же химического состава, то это контактное электрическое поле направлено от электронного полупроводника к дырочному. [26]
В основе работы полупроводниковых приборов лежит использование процессов, происходящих на границах раздела. Эти границы носят название электронн о-д ы р о ч-ных переходов. В связи с различием концентрации электронов и дырок в этих областях через границу раздела происходит направленная диффузия электронов из области п в область р и встречная диффузия дырок. Этими зарядами в приграничной области полупроводника создается внутреннее так называемое контактное электрическое поле, которое отталкивает основные носители от p - n - перехода и препятствуют их дальнейшему продвижению через него. На границе р-п-перехода появляется обедненный основными носителями слой - запорный слой. Неосновные носители увлекаются этим полем через р - - переход, но вследствие их малой концентрации они не мешают образованию объемных зарядов, которые представляют для основных носителей труднопроходимый потенциальный барьер. [27]
Рекомбинация происходит в тонком слое этого кристалла, прилегающем к границе кристаллов. В результате рекомбинации отрицательный заряд ионов акцепторной примеси в этом слое не компенсируется теперь положительным зарядом дырок и весь слой заряжается отрицательно. В кристалле л-типа в результате рекомбинации электронов с перешедшими сюда из кристалла / з-типа дырками пограничный слой заряжается положительно потому, что положительный заряд ионов в донорной примеси не компенсируется отрицательным зарядом свободных электронов. В области контакта образуется двойной электрический слой объемных зарядов, а следовательно, контактное электрическое поле, напряженность которого направлена от Кристалла - типа к кристаллу 0-типа, Приконтактная область обладает большим электрическим сопротивлением, так как концентрация свободных носителей заряда в ней очень мала. Эта Приконтактная область и является р - - переходом. [28]
В р - - переходе образуется очень тонкий слой, толщиной 10 - 5 - 10 - 6 см, обладающий большим омическим сопротивлением. Этот слой, получивший название запирающего слоя, играет решающую роль в эффекте выпрямления. Какие причины обусловливают возникновение запирающего слоя. При контакте дырочного и электронного полупроводников, когда создается р - - переход, образуется контактное электрическое поле. Действуя на электроны проводимости электронного полупроводника, оно удаляет их от границы раздела на некоторое расстояние. С другой стороны, то же самое электрическое контактное поле, действуя на дырки в дырочном веществе, выталкивает их по направлению от границы раздела в глубь дырочного полупроводника. В результате этого в рассматриваемой системе возникает слой, обедненный носителями электричества. Граница раздела двух полупроводников попадает как раз внутрь этого слоя. Несмотря на небольшую толщину, порядка 10 - 5 - 10 - 6 см, удельное сопротивление слоя значительно выше удельного сопротивления прилегающих к нему с одной и другой стороны р - и - полупроводников, так что его сопротивление во много раз больше суммы сопротивлений электронного и дырочного полупроводников выпрямляющей системы. Этот слой и является тем запирающим слоем, о котором уже выше упоминалось. [29]
В полупроводниках с удельным сопротивлением меньше одной сотой ома запорный слой тоньше 10 - 7 см, электроны могут проходить его с помощью туннельного эффекта, и сопротивление слоя становится незаметным. При удельных сопротивлениях, равных десятым и сотым долям ома, толщина запорного слоя превышает 10 - 7 см, но часто меньше средней длины свободного пробега электронов. В таких веществах электроны проходят сквозь запорный слой без столкновений, но токи в прямом и обратном направлениях различны. Полупроводники с удельным сопротивлением от 10 до 100 ом см и выше создают запорные слои толщиной более 10-в см, в которых распределение электронов задается равновесием между силой контактного электрического поля и диффузией электронов, вызванной градиентом концентрации. Наконец, в изоляторах с удельным сопротивлением выше 109 ом см толщина запорного слоя измеряется миллиметрами или сантиметрами, электрические поля внутри этого слоя не велики, как и градиент концентрации в них. Здесь запорные слои постепенно теряют свою специфику; часто запорный слой охватывает всю толщу изолятора. Равновесие с металлическим электродом достигается подъемом потенциала всего изолятора, а процесс приближения к равновесию прлисходит чрезвычайно медленно. Эти явления еще не изучены экспериментально. [30]
Страницы: 1 2 3