Złącze p-n Działanie większości elementów półprzewodnikowych opiera się na współdziałaniu złącza p-n i obszaru przelotowego (transportu), stanowiącego na ogół obszar półprzewodnika jednego rodzaju. Złącza umożliwiają wprowadzenie, odprowadzenie i sterowanie strumienia nośników ładunku. Złącza mogą być następujące: metal - metal, półprzewodnik - półprzewodnik, dielektryk - dielektryk, metal - półprzewodnik oraz dielektryk - półprzewodnik. Najczęściej wykorzystywane są złącza metal - półprzewodnik i półprzewodnik - półprzewodnik. 4.1. WARSTWA ZAPOROWA W ZŁĄCZU p-n . MODEL PASMOWY ZŁĄCZA. Połączenie dwóch kryształów (monokryształów) ciała stałego (półprzewodnik, metal) w ten sposób, że tworzą one ścisły kontakt nazywamy złączem . Złącze p-n stanowi warstwę przejściową między obszarem półprzewodnika typu p i półprzewodnika typu n . Domieszka akceptorowa w obszarze typu p sprawia, że koncentracja dziur w tym obszarze jest większa niż elektronów - przewodnictwo dziurowe. Natomiast domieszka donorowa w obszarze typu n prowadzi do przewagi elektronów w tym obszarze - przewodnictwo elektronowe. Dziury w obszarze p i elektrony w obszarze n stanowią nośniki większościowe. Przed zetknięciem każdy z obszarów jest elektrycznie obojętny, ponieważ ładunek dziur i elektronów zostaje skompensowany ładunkiem jonów domieszki umieszczonych w węzłach siatki krystalicznej. W momencie zetknięcia się półprzewodnika typu p i typu n , następuje wzajemny przepływ nośników. Różnica koncentracji nośników ładunku powoduje ich przemieszczanie - dyfuzję. Elektrony z obszaru przyzłączowego n dyfundują do obszaru p ; podobnie postępują dziury z obszaru przyzłączowego p przechodzą do obszaru n . W wyniku procesu dyfuzji płyną prądy dyfuzyjne. Nośniki przedostające się do przeciwnych obszarów stają się nadmiarowymi nośnikami mniejszościowymi w tych obszarach. Nośniki te rekombinują z nośnikami większościowymi, które nie przeszły na drugą stronę złącza. W wyniku tego w obszarze n powstaje nadmiar ładunku jonów dodatnich, a w obszarze p nadmiar ładunku jonów ujemnych. Są to ładunki jonów ulokowanych (nieruchomych) w węzłach siatki krystalicznej. W obszarach przyzłączowych powstaje więc podwójna warstwa nieskompensowanych ładunków. Nazywa się ona warstwą zaporową , obszarem ładunku przestrzennego lub obszarem zubożonym , gdzie nie praktycznie nośników większościowych. Po utworzeniu takiej warstwy przepływ nośników większościowych zostaje zahamowany, gdyż ładunek przestrzenny dodatni po stronie n będzie hamował dalszy dopływ nośników (dziur) dodatnich z obszaru p do n oraz ładunek ujemny po stronie p będzie hamował dalszy dopływ nośników (elektronów) ujemnych z obszaru
(…)
… zostaje zahamowany, gdyż ładunek przestrzenny dodatni po stronie n będzie hamował dalszy dopływ nośników (dziur) dodatnich z obszaru p do n oraz ładunek ujemny po stronie p będzie hamował dalszy dopływ nośników (elektronów) ujemnych z obszaru n do p. tworzy się pole elektryczne reprezentowane przez barierę potencjału. Wysokość bariery, a więc różnica potencjałów, nazywana napięciem dyfuzyjnym.
; (4.1)
gdzie: q - ładunek elektronu; k- stała Boltzmanna; T- temperatura bezwzględna; Na, Nd - koncentracja akceptorów i donorów; ni - koncentracja samoistna półprzewodnika.
Gęstość ładunku nieskompensowanego po obu stronach bariery potencjału jest równa odpowiednim koncentracjom domieszek akceptorów i donorów (Na, Nd) w temperaturze pokojowej. Pole elektryczne wytworzone przez ładunek przestrzenny sprzyja…
…. Zmniejsza się bariera potencjału (rys. 4.2b) do wartości:
; (4.4)
przy czym: U - napięcie zewnętrzne, UD - napięcie dyfuzyjne. Rys. 4.2. Złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia.
a) polaryzacja złącza, b) model pasmowy, c) gęstość nośników, d) prądy dyfuzyjne.
Maleje szerokość warstwy zaporowej (we wzorze 4.3 należy zamiast UD podstawić UD - U), maleją ładunek i natężenie pola elektrycznego…
… dalej napięcie przewodzenia, prąd tunelowy maleje do zera, ponieważ podnosi się poziom Wc w półprzewodniku typu n - maleje napięcie na warstwie zaporowej.
Pod wpływem zjawiska tunelowego coraz mniej nośników może przepływać z obszaru p do n. W związku z czym powstaje na charakterystyce prądowo - napięciowej odcinek o ujemnej rezystancji dynamicznej (rys. 4.6, odc.3).
Rys. 4.6. Charakterystyka prądowo…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)