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

Акцепторная примесь





  Рис. 3.3. Акцепторная примесь

Уровни этой примеси располагаются близко к потолку валентной зоны. Электроны валентной зоны ионизируют атомы примеси, создавая свободные носители - дырки, которые превалируют над электронами и являются основными носителями

pP >> nр.

Такой полупроводник называется дырочным, или р-типа. Уровень Ферми у него согласно (3.5) лежит ниже середины запрещенной зоны (рис. 3.3).

 

3.5. Р-п - переход

Р-п-переход - это область технологического контакта между слоями полупроводников п- и р-типа. Главной особенностью этого контакта является его ярко выраженная нелинейность - проводимость при одной полярности внешнего напряжения (прямое смещение) намного больше, чем при другой полярности (обратное смещение). И хотя р-п-переход может, как это будет показано, использоваться для разных целей, главное его применение - как элемента с преимущественно односторонней проводимостью (вентильного, выпрямительного элемента).

Рис. 3.4. Энергетическая диаграмма р-п-перехода

В основном для получения р-п-переходов используют примесные полупроводники с существенно различной концентрацией основных носителей. Рассмотрим пример, когда удельное сопротивление п-слоя значительно меньше, чем у р-слоя:

nn>>pn

соответственно на основании (3.4) для неосновных носителей верно обратное неравенство

pn << nр.

Поскольку уровень Ферми при равновесном состоянии твердого тела расположен горизонтально, то зонная диаграмма р-п-перехода приобретает вид, изображенный на рис. 3.4.

Хорошо видно, что разность уровня Ферми в п- и р-слоях приводит к энергетическому “искривлению” разрешенных зон: в области контакта появляется потенциальный барьер Dj0.

Этот барьер создает поле, препятствующее переходу основных носителей из одного слоя в другой (пунктирная траектория электрона слоя п) и является ускоряющим для неосновных носителей (сплошная траектория для электрона слоя р). Искривление энергетической диаграммы распространяется на ширину Dl0, составляющую порядка одного микрона. В этом промежутке свободных носителей практически нет: неосновные быстро “проскальзывают” его за счет дрейфа в ускоряющем поле потенциального барьера, а основные носители, диффузии которых барьер препятствует, практически туда не попадают. Этот участок на границе двух слоев, обладающий очень большим сопротивлением по сравнению с остальными участками п и р слоев собственно и называется р-п-переходом.

  Рис. 3.6. Прямое смещение р-п-перехода  
  Рис. 3.5. Равновесное состояние р-п-перехода

В равновесном состоянии, когда внешнее напряжение, приложенное к р-п-переходу, равно нулю (рис. 3.5), малое число основных носителей, обладающих энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, уравновешивается встречным движением малого же числа неосновных носителей, свободно дрейфующим в поле перехода. В результате ток через переход равен нулю.

При прямом смещении, когда внешнее напряжение приложено такой полярностью, чтобы снизился потенциальный барьер, равновесие нарушается в сторону основных носителей, которыми обуславливается прямой ток In (рис. 3.6).

Зависимость величины прямого тока от приложенного напряжения Uп очень резкая, почти экспоненциальная. Следует обратить внимание на сужение области р-п-перехода, последствия которого будут рассмотрены далее.

При обратном смещении внешнее поле, суммируясь с полем потенциального барьера, делает практически нулевым поток основных носителей, в то время как дрейф неосновных носителей остается почти неизменным. Ток через переход меняет направление (рис. 3.7).

Обратный ток I0 определяется неосновными носителями и поэтому очень мал. Ширина р-п-перехода в обратном включении возрастает.

Математическая связь между приложенным напряжением Uu, протекающим через р-п-переход током I определяется уравнением

(3.6)

где m - коэффициент, зависящий от материала полупроводника (для кремния m =2), IS - обратный ток насыщения.

На основании (3.6) можно построить график зависимости I=F (U) - - вольт-амперную характеристику, из которого с очевидностью видна преимущественно односторонняя проводимость р-п-перехода (рис. 3.8).

При прямом смещении в (3.6) надо подставлять U>0, при обратном - U<0. Резкое нарастание прямого тока у кремниевых р-п-переходов наступает в районе 0.6¸0.8В. Обратный ток при ½U0½>>mj т становится независимым от напряжения и равным IS.

Значение IS (на примере донорной примеси) соответствует числу неосновных носителей - дырок

Рис. 3.7. Обратное смещение р-п-перехода  

где Nд = const - число атомов донорной примеси. Подставляя зависимость ni от температуры и ширины запрещенной зоны (см. 3.2), получим

, (3.7)

I0=const.

Рис. 3.8. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода

Из (3.7) в силу неравенства j з>>jТ следует резкая зависимость обратного тока от ширины запрещенной зоны (материала проводника). Так, у кремния при прочих равных условиях (концентрации примеси, геометрических размеров р-п-перехода) значение обратного тока почти на 3 порядка меньше, чем у германия.

Из (3.7) можно получить и зависимость IS от температуры:

IS (T) = IS (T0) eaDT, (3.8)

где Т0 =300°К (комнатная температура), a» 0.1 для кремния.

Соотношение (3.8) свидетельствует о резкой зависимости обратного тока от температуры.

Из (3.6) можно получить дуальное соотношение

. (3.9)

Пренебрегая единицей в (3.9), с учетом (3.7) можно записать:

. (3.10)

Из (3.10) следует практически линейная зависимость напряжения на
р-п-переходе при прямом смещении от температуры.

Зависимости обратного тока и прямого напряжения от температуры следует учитывать при расчете температурных нестабильностей устройств на основе р-п-переходов. С другой стороны, эти зависимости можно использовать как полезные для построения твердотельных датчиков температуры. Конструктивно оформленный р-п-переход (герметичный корпус, внешние выводы) называется диодом.







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 474. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...


Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...


Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...


Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит...

Кран машиниста усл. № 394 – назначение и устройство Кран машиниста условный номер 394 предназначен для управления тормозами поезда...

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)...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.015 сек.) русская версия | украинская версия