Студопедия — Равновесное состояние p-n-перехода.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

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

Равновесное состояние p-n-перехода.






Пусть внутренней границей раздела двух областей полупроводника с различным типом проводимости является плоскость МN (рис.1,а): слева от нее находится полупроводник p-типа с концентрацией акцепторов NА, справа-полупроводник n-типа с концентрацией доноров NД. Для простоты будем считать, что NА = NД. Энергетическая схема p- и n-областей в момент их мысленного соприкосновения представлена на рис.1,б.

Для n-области основными носителями являются электроны, для p-области-дырки. Основные носители возникают почти целиком вследствие ионизации донорных и акцепторных примесей. При не слишком низких температурах эти примеси ионизированы практически полностью, вследствие чего концентрацию электронов в n-области можно считать практически равной концентрации донорных атомов NД, а концентрацию дырок в p-области можно считать равной концентрации акцепторных атомов NА.

 

 

а) б)

Рис.1.

Помимо основных носителей эти области содержат неосновные носители: n-область – дырки, p-область – электроны. Концентрация неосновных носителей на несколько порядков ниже, чем основных.

Рис.1.
Различие в концентрации однотипных носителей в контактирующих областях полупроводника приводит к возникновению диффузионных потоков электронов из n-области в p-область и диффузионного потока дырок из p- в n-область. При этом область n, из которой диффундировали электроны, заряжается положительно, область p, из которой диффундировали дырки – отрицательно.

а)

б)

в)

Рис.2.

Объемные заряды простираются в n – область на глубину dn и в p - область на глубину dp (рис.1а.) Между заряженными слоями возникает контактная разность потенциалов, создающая потенциальный барьер, препятствующий переходу электронов из n- в p- область и дырок из p- в n- область. При этом все энергетические уровни, в том числе и уровень Ферми, в n-области понижаются, а в p-области повышаются. Состояние динамического равновесия устанавливается при условии, когда уровни Ферми оказываются на одной высоте (рис.2а). Высота потенциального барьера j0 равна разности уровней Ферми.

В равновесном состоянии через p-n-переход проходят токи основных in и ip и неосновных ins и ips носителей. Полный ток, текущий через равновесный p-n-переход, равен нулю:

i = (in + ip) – (ins + ips) = 0. (1)

Замечательным свойством p-n-перехода, которое лежит в основе работы большинства полупроводниковых приборов, является его способность выпрямлять переменный электрический ток. Рассмотрим это свойство более подробно.

Прямой ток. Приложим к p-n-переходу, находившемуся в равновесии, внешнюю разность потенциалов U в прямом направлении, подключив к p-области положительный полюс источника напряжения, а к n-области – отрицательный (рис.2, б). Эта разность потенциалов вызывает понижение потенциального барьера для основных носителей на величину qU, что приведет к увеличению в eqU/kT раз токов основных носителей in и ip, которые станут соответственно

in = ins eqU/kT, ip = ips eqU/kT. (2)

В то же время токи неосновных носителей ins и ips, величина которых не зависит от потенциального барьера p-n-перехода, остаются неизменными. Поэтому полный ток, текущий через p-n-переход, будет равен

inp = (ins + ips) (eqU/kT- 1) (3)

Этот ток называют прямым, так как он соответствует внешней разности потенциалов U, приложенной в прямом направлении. Прямой ток, обусловленный основными носителями, называют диффузионным.

Обратный ток. Приложим теперь к p-n-переходу внешнюю разность потенциалов U в обратном направлении, подключив к p-области отрицательный полюс источника напряжения, а к n-области – положительный. Под действием этой разности потенциалов потенциальный барьер p-n-перехода повысится на величину qU (рис.2,в), что вызовет уменьшение в eqU/kT раз тока основных носителей

in = ins e-qU/kT, ip = ips e-qU/kT. (4)

Токи неосновных носителей сохраняются прежними. Результирующий обратный ток будет равен

iобр = (ins + ips) (e-qU/kT - 1). (5)

Обратный ток, обусловленный неосновными носителями, называют дрейфовым.

Вольт - амперная характеристика (ВАХ).

Объединяя (3) и (5), получим

i = (ins + ips) (e±qU/kT- 1) (6)

Это соотношение представляет собой уравнение вольт-амперной характеристики (ВАХ) p-n-перехода, выражающее количественную связь между током, текущим через переход, и разностью потенциалов, приложенной к переходу; знак “+” относится к прямому направлению U, знак “-” – к обратному (запорному).

Произведем анализ этой формулы. При приложении внешней разности потенциалов в запорном (обратном) направлении с увеличением U экспонента e-qU/kT→ 0, а iобр – к предельному значению - (ins + ips), абсолютную величину которого называют током насыщения

iнас= ins + ips. (7)

Практически она достигается

Рис.3

уже при qU ≈; 4 kT, т.е. при U ≈;0,1 В. Из (7) видно, что iнас определяется потоком через p-n-переход неосновных носителей.

Так как концентрация последних невысокая, то iнас является небольшой величиной.

При приложении к p-n-переходу внешней разности потенциалов U в прямом направлении сила тока через переход растет по экспоненте и уже при незначительных напряжениях достигает большого значения.







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 1647. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ, И МЕТОДЫ СНИЖЕНИИ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ Кроме названных причин разрушений и износов, знание которых можно использовать в системе технического обслуживания и ремонта машин для повышения их долговечности, немаловажное значение имеют знания о причинах разрушения деталей в результате старения...

Различие эмпиризма и рационализма Родоначальником эмпиризма стал английский философ Ф. Бэкон. Основной тезис эмпиризма гласит: в разуме нет ничего такого...

Индекс гингивита (PMA) (Schour, Massler, 1948) Для оценки тяжести гингивита (а в последующем и ре­гистрации динамики процесса) используют папиллярно-маргинально-альвеолярный индекс (РМА)...

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ К лекарственным формам для инъекций относятся водные, спиртовые и масляные растворы, суспензии, эмульсии, ново­галеновые препараты, жидкие органопрепараты и жидкие экс­тракты, а также порошки и таблетки для имплантации...

Тема 5. Организационная структура управления гостиницей 1. Виды организационно – управленческих структур. 2. Организационно – управленческая структура современного ТГК...

Методы прогнозирования национальной экономики, их особенности, классификация В настоящее время по оценке специалистов насчитывается свыше 150 различных методов прогнозирования, но на практике, в качестве основных используется около 20 методов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия