Диффузия - основной носитель
Cтраница 4
Основные носители заряда перемещаются к границе перехода, а обладающие наибольшей энергией переходят через границу в противоположную область, создавая диффузионный прямой ток. По мере увеличения внешнего напряжения прямой ток возрастает; инжектированные носители, углубившись в толщу кристалла, рекомбинируют с основными носителями этой области, но пока подключен внешний источник, ток через переход поддерживается непрерывным приходом электронов из внешней цепи в n - область и уходом их из р-области во внешнюю цепь, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в р-области. Обратное внешнее напряжение ( р-область присоединяется к отрицательному, а я-область - к положительному выводу источника) создает электрическое поле, совпадающее с полем р-п перехода; потенциальный барьер возрастает, ток диффузии основных носителей практически обращается в нуль. Поскольку, поблизости от перехода количество основных носителей уменьшается, его толщина и электрическое сопротивление возрастают. [46]
Наличие градиента концентраций на границе двух полупроводников создает диффузию электронов из слоя п в слой р, а дырок из слоя р в слой и. Диффузия основных носителей заряда приводит к тому, что в приконтактной зоне полупроводника n - типа образуется нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси, а в полупроводнике р-типа - нескомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. [47]
На границе областей возникают градиенты концентраций электронов и дырок. Вследствие того, что концентрация электронов в - области выше, чем в - области, возникает диффузионный ток электронов из / - области в - область. А из-за того, что концентрация дырок в р-области выше, чем в - области, возникает диффузионный ток дырок из - области в и-область. В результате диффузии основных носителей заряда в граничном слое происходит рекомбинация. Приграничная р-область приобретает нескомпенсированный отрицательный заряд, обусловленный отрицательными ионами. Приграничная и-область приобретает нескомпенсированный положительный заряд, обусловленный положительными ионами. [48]
Разность потенциалов Д на р-п переходе называется высотой потенциального барьера. Если к свободным торцам полупроводников р - и и-типов подключить источник энергии с напряжением U 0, то высота потенциального барьера возрастет и в цепи не будет тока. Если напряжение источника U 0, то высота потенциального барьера уменьшится и в цепи возникнет электрический ток. Следовательно, в идеальном р-п переходе может быть электрический ток диффузии основных носителей / л только одного направления. [49]
 |
Условное обозначение полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом ( а и вольт-амперная характеристика. [50] |
В электрических схемах прибор с электронно-дырочным переходом ( рис. 3.7, а) обозначают как вентиль, направление стрелки которого соответствует направлению тока прямой проводимости. Вольт-амперная характеристика / / ( U) электронно-дырочного перехода ( рис. 3.7, б) имеет ярко выраженный нелинейный характер. При малых положительных ( прямых) напряжениях зависимость прямого тока от приложенного прямого напряжения нелинейна. Это объясняется тем, что перенос носителей зарядов через переход, электрическое поле которого ослаблено внешним полем, происходит путем диффузии основных носителей зарядов. Под действием внешнего поля основные носители зарядов дрейфуют по направлению к переходу, и их концентрация в зоне перехода резко возрастает. При дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля направление электрического поля в области потенциального барьера изменяется на обратное. Напряженность внешнего электрического поля становится больше напряженности поля барьера, и через барьер в обоих направлениях начинается дрейф основных носителей зарядов. Крутизна прямой ветви характеристики заметно увеличивается. Необходимо отметить, что на рис. 3.7, б прямая и обратная ветви изображены в различных масштабах. [51]
 |
Распределение токов, обусловленных инжек-цией дырок.| Обратное включение р-п перехода. [52] |
При этом электрическое поле, создаваемое источником, совпадает с полем р-п перехода. Потенциальный барьер между р - и л-областями возрастает. Количество основных носителей, способных преодолеть действие результирующего поля, уменьшается. Соответственно уменьшается и ток диффузии основных носителей заряда. Под действием электрического поля, создаваемого внешним источником, основные носители будут оттягиваться от приконтактных слоев в глубь полупроводника. [53]
 |
Несимметричный р-п переход ( а, распределение потенциала ( б, распределение концентрации подвижных носителей ( в. [54] |
Таким образом, в этом слое р-области появляется отрицательный заряд, в основном определяемый неподвижными ионами акцепторов. Аналогично приконтакт-ный слой n - области, теряющий электроны ( они диффундируют в р-область) и принимающий диффундирующие в него дырки из р-области, которые интенсивно реком-бинируют с электронами, заряжается положительно. Носителями этого заряда являются в основном нескомпенсированные положительные ионы доноров и частично не-рекомбинировавшие дырки. Эти заряды создают электрическое поле, которое является тормозящим для диффундирующих носителей. Образуется потенциальный барьер, препятствующий диффузии основных носителей. Одновременно с этим возникшее электрическое поле создает благоприятные условия для перехода из одной области в другую неосновных носителей. Так, некоторые электроны проводимости, являющиеся в р-области неосновными носителями, совершая тепловое движение, подходят к приконтактному слою, где их захватывает электрическое поле; совершая дрейф под действием сил этого поля, они переходят в л-область. [55]
Рассмотрим явления, происходящие при контакте р - и п-полупрозодников. Основными носителями заряда в полупроводнике типа п являются электроны. Их концентрация значительно превышает при комнатной температуре концентрацию неосновных носителей - дырок. В полупроводнике р-типа, наоборот, основными носителями заряда являются дырки, а неосновными - электроны. При контакте этих полупроводников начинается диффузия основных носителей. Электроны из - области будут перемещаться в р-область, и их концентрация в приконтактном слое в я-полупроводнике будет уменьшаться. [56]
Через переход протекает дрейфовый фототок неравновесных неосновных носителей. Неравновесные основные носители не могут преодолеть потенциальный барьер перехода и остаются в области генерации. В результате разделения оптически генерируемых носителей концентрации дырок в р-области и электронов в л-области повышаются, что приводит к компенсации объемного заряда неподвижных примесных ионов на границах перехода. Потенциальный барьер перехода, как и при прямом напряжении, уменьшается на величину фото - ЭДС, называемую напряжением холостого хода t / x.x при разомкнутой внешней цепи. Снижение потенциального барьера увеличивает ток диффузии основных носителей через переход. Он направлен навстречу фототоку. [57]
 |
Несимметричный р-п переход ( а, распределение потенциала ( б, распределение концентрации подвижных носителей ( в. [58] |
Таким образом, в этом слое р-области появляется отрицательный заряд, в основном определяемый неподвижными ионами акцепторов. Аналогично приконтакт-ный слой n - области, теряющий электроны ( они диффундируют в р-область) и принимающий диффундирующие в него дырки из р-области, которые интенсивно реком-бинируют с электронами, заряжается положительно. Носителями этого заряда являются в основном нескомпенсированные положительные ионы доноров и частично не-рекомбинировавшие дырки. Эти заряды создают электрическое поле, которое является тормозящим для диффундирующих носителей. Образу, ется потенциальный барьер, препятствующий диффузии основных носителей. Одновременно с этим возникшее электрическое поле создает благоприятные условия для перехода из одной области в другую неосновных носителей. [59]
 |
Схема полупроводникового термоэлемента с сопротивлением нагрузки. / - положительная ветвь. [60] |
Страницы: 1 2 3 4 5