Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электронно-дырочный переход





Электронно-дырочный переход ( рn– переход) возникает в монокристалле, имеющем две области с разным типом проводимости. Электроны ― основные носители заряда в полупроводнике n ― типа. Дырки ― неосновные. Дырки ― основные

носители заряда в полупроводнике р― типа . Электроны ― неосновные.

 

 

Рис. 3.4.Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего электрического поля.

 

 

На рис. 3.4 основные носители заряда обозначены кружочками со знаком минус (n ― тип) и плюс (р― тип). Неосновные носители не обозначены, т.к. их концентрация очень мала по сравнению с концентрацией основных носителей. Свободные электроны из области n мигрируют в область р, а дырки ― в обратном направлении. В результате на границе областей образуется двойной слой зарядов, поле которого (диффузии) препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок; т.е. возникает потенциальный (энергетический) барьер движению зарядов ( запирающий слой d в несколько микрон).

Таким образом, запирающий слой оказывается обеднённым свободными носителями заряда и обладает сопротивлением, во много раз большим сопротивления остальной части полупроводника.

Наличие отрицательного и положительного объёмных зарядов приводит к образованию электрического поля диффузии Едиф.

При подсоединении рn– перехода к источнику питания (плюс к области р — типа, минус к области n ― типа ) (рис.3.5) внешнее электрическое поле Евн будет направлено встречно полю диффузии. И основные носители заряда получат возможность проходить через уменьшённый запирающий слой в области, где они оказываются не основными носителями заряда и рекомбинируют. Через рn– переход проходит прямой ток, переход „отрыт”.

 

 

Рис.3.5. Электронно-дырочный переход при прямом направлении внешнего электрического поля.

 

 

При смене полярности внешнего напряжения внешнее поле Евн направлено согласно с полем объёмных зарядов Едиф. (рис.3.6).

 

 

Рис.3.6. Электронно-дырочный переход при обратном направлении внешнего электрического поля.

 

 

В результате основные носители будут двигаться от перехода, и пересечь переход смогут только неосновные носители. Количество их мало и обусловленный ими ток будет небольшой.

При таком подключении рn– переход „заперт” и через него может протекать небольшой обратный ток неосновных носителей.

На рис. 3.7 представлена вольтамперная характеристика I(U) диода и зависимость его сопротивления от величины приложенного напряжения R(U).

 

Рис.3.7. Вольтамперная характеристика p-n перехода I(U) и зависимость R(U).

 

3.5. Проводимость полупроводников.

Основным свойством полупроводников является зависимость их проводимости от внешних воздействий. Эта зависимость в сотни раз сильнее, чем у проводников. Проводимость полупроводников в сильной степени зависит от примесей и дефектов кристаллической решётки, что определяет высокие требования к чистоте и структурному совершенству полупроводниковых кристаллов.

Электрический ток в полупроводниках ― это движение свободных носителей зарядов – электронов в зоне проводимости и связанных электронов (дырок) в валентной зоне под действием внешнего электрического поля.

Электроны двигаются в направлении, противоположном направлению поля, дырки ― в направлении поля. При постоянной температуре в полупроводнике устанавливается равновесие между процессами ионизации атомов и рекомбинацией. В собственных полупроводниках возникает определённая равновесная концентрация электронов и дырок.

Проводимость собственного полупроводника

,

 

где ne , np ― концентрация электронов в зоне проводимости и концентрация дырок в валентной зоне, м-3;

е ― заряд электрона, дырки, Кл;

― подвижность электронов и дырок ;

υn , υp ― средняя скорость движения электронов и дырок (дрейфовая скорость), м/с;

Е ― напряжённость внешнего электрического поля, В/ м.

Обычно подвижность электронов больше подвижности дырок. В кремния, например, электроны подвижнее в три раза, а в германии ― в два раза по сравнению с дырками.

Удельная электропроводность полупроводников определяется концентрацией свободных носителей заряда и их подвижностью.

В случае примесных полупроводников за счёт разной концентрации электронов и дырок одной из составляющих проводимости можно пренебречь, т.е. проводимость полупроводниковых материалов может быть электронной или дырочной.

Увеличение температуры приводит к уменьшению объёмного удельного сопротивления. На кривой ρ(Т) можно выделить три характерные участка Т1÷Т2 ― диапазон малых температур, уменьшение сопротивления связано с ионизацией примесей; Т2÷Т3 ― участок слабого изменения сопротивления, обусловленный истощением примесей; Т3÷Т ― зона ионизации собственных атомов материала. При высоких температурах полупроводник переходит в вырожденное состояние (рис.3.8)

 

 

Рис.3.8. Зависимость удельного сопротивления от температуры ρ(Т)

 

Подобно проводникам полупроводники изменяют удельное сопротивление и при других внешних воздействиях.

 

 






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 279. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (1.591 сек.) русская версия | украинская версия