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

Эффект поля в примесном полупроводнике




Особенностью эффекта поля в примесных полупроводниках по сравнению с собственными является возможность получения как обогащенных, так и обедненных слоев.

Режим обогащения соответствует такой полярности приложенного напряжения, при которой основные носители притягиваются к поверхности.

Этот случай близок к рассмотренному на рис. 2.14, но отличается меньшим искривлением зон(рис. 2.16,а). Меньшее искривление зон обусловлено тем, что примесный полупроводник богат подвижными носителями и потому даже небольшой поверхностный потенциал обеспечивает необходимый заряд вблизи поверхности.

При условии φs < 2φT потенциал в примесном полупроводнике описывается выражением (2.44), но дебаевская длина имеет вид

(2.48)

где N — концентрация ионизированной примеси (донорной или акцепторной).

Рис. 2.16. Эффект поля в примесных полупроводниках:

в — режим обогащения, б — режим обеднения, в — образование инверсионного слоя

 

Поскольку N >> n, дебаевская длина в примесных полупроводниках гораздо меньше, чем в собственных. Кроме того, она практически не зависит от материала.

Полагая N = 1016 см–3,получаем из (2.48) типичное значение LD0,04 мкм. Как видим, поле проникает в примесные полупроводники на ничтожную глубину.

Если применить формулу (2.48) к металлам (хотя это не совсем правомерно), то при свойственных им огромных концентрациях свободных носителей 1022–1023 см-3 дебаевская длина LD лежит в пределах десятых долей нанометра, что соответствует 1–2 межатомным расстояниям. Подобная оценка хорошо иллюстрирует тот известный факт, что заряды в металле всегда сосредоточены на поверхности, внутри металла заряды и электрические поля отсутствуют.

 

Режим обеднения соответствует такой полярности приложенного напряжения, при которой основные носители отталкиваются от поверхности. В этом случае поверхностный потенциал может иметь гораздо большие значения, чем в режиме обогащения (рис. 2.16,6). Отталкивание основных носителей, как уже отмечалось, приводит к появлению нескомпенсированного объемного заряда примесных ионов.

Предположим, что граница обедненного слоя резкая и расположена на расстоянии l0 от поверхности.

Плотность объемного заряда в обедненном слое примем постоянной и равной qN, где N — концентрация ионизированной примеси. Подставляя значение λ=qN в уравнение Пуассона (2.37) и используя граничные значения Е(l0) = 0 и φ(l0) = 0, получаем после двукратного интегрирования:

(2.49)

Положив в этом выражении х = 0 и φ(0) = φs найдем протяженность (толщину) обедненного слоя:

(2.50)

Хотя структура выражений (2.48) и (2.50) одинакова, между ними есть и существенная разница: дебаевская длина зависит только от свойств материала, тогда как толщина объемного заряда зависит еще и от приложенного напряжения, поскольку от него зависит потенциал φs (см. рис. 2.15). Обычно величина l0в несколько раз превышает величину LD.

С ростом напряжения основные носители продолжают отталкиваться (а обедненный слой расширяться), но одновременно к поверхности притягиваются неосновные носители.

Когда нарастающий заряд неосновных носителей превысит заряд оставшихся основных, изменится тип проводимости приповерхностного слоя. Этот случай характеризуют термином инверсия типа проводимости, а слой, образованный неосновными носителями, называют инверсионным слоем (рис. 2.16, в).

С точки зрения зонной теории образование инверсионного слоя объясняется тем, что вблизи поверхности уровень электростатического потенциала пересекает уровень Ферми. Тем самым на приповерхностном участке уровень Ферми оказывается в той половине запрещенной зоны, которая соответствует преобладанию неосновных носителей. Толщина инверсионного слоя составляет всего 1–2 нм, т.е. 3–4 постоянных решетки.

Из рис. 2.16, в видно, что инверсионный слой образуется при значении поверхностного потенциала –(φFφE0) Дальнейшее увеличение внешнего напряжения сопровождается дальнейшим увеличением потенциала φs до тех пор, пока уровень Ферми не пересечет границу разрешенной зоны (рис. 2.16,в —валентной). После этого граничный слой превращается в полуметалл, а потенциал φs практически не меняется и сохраняет значение

(2.51)

В обычных случаях максимальный поверхностный потенциал составляет 0,6-1,0 В.

 


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 662. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.019 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7