Равновесное состояние р-n-перехода

Будем для простоты рассматривать ступенчатый симметричный р-n-переход (рис.6.2). Пусть металлургической границей является плоскость Х = 0. Температура р-n-перехода соответствует области температур истощения примеси. Поэтому в n-области концентрация основных носителей заряда электронов

n = NД

и n >> р – концентрации неосновных носителей заряда – дырок.

Для р-области концентрация основных носителей заряда – дырок

рро = NА

и рро >> nро – концентрации неосновных носителей заряда – электронов. Концентрации неосновных носителей заряда можно определить из соотношения:

nр = nрорро = ni2.

Для примера в Si: ni » 1010 см-3; NД » NА » 1014 см-3. Тогда n » рро » 1014 см-3, nро » р » 106 см-3. Видно, что концентрации основных и неосновных носителей заряда различаются примерно на восемь порядков.

Большое различие в концентрациях однотипных носителей заряда в контактирующих областях приводит в момент образования контакта к возникновению мощных диффузионных потоков основных носителей заряда: электронов из n-области в р-область:

nn --> p

и дырок из р-области в n-область

рр --> n .

Электроны, перешедшие в р-область, рекомбинируют вблизи границы раздела с дырками этой области. В результате в приконтактном слое р-области практически не остается дырок (рис.6.2б). Поскольку в полупроводнике р-типа дырки возникают за счет ионизации акцепторной примеси, то в приконтактном слое р-области формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных атомов акцептора (рис.6.2в). Дырки, которые компенсировали этот заряд, прорекомбинировали с электронами, перешедшими из n-области. Кроме того, концентрация дырок в приконтактном слое р-области уменьшается за счет диффузионного потока рр --> n.

Аналогично, дырки, перешедшие из р-области в n-область, рекомбинируют в близи границы раздела с электронами n-области. В результате в приконтактном слое n-области практически не остается электронов (рис.6.2б). Кроме того, концентрация электронов уменьшается за счет перехода части электронов в р-область за счет диффузионного потока nn --> p. Поэтому в приконтактном слое n-области формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных атомов донора (рис.6.2в).

Появление зарядов приводит к возникновению разности потенциалов и соответствующего ей электрического поля Е. Направление поля таково, что оно препятствует движению основных носителей заряда и приводит к снижению диффузионных потоков nn --> p и рр --> n(рис.6.2б).

Но это же поле не препятствует движению неосновных носителей заряда. Электроны из р-области и дырки из n-области в силу теплового движения попадают в слой объемного заряда. Здесь они подхватываются полем и переносятся через р-n-переход. То есть электрическое поле в р-n-переходе не препятствует движению через него неосновных носителей заряда. Возникают потоки неосновных носителей заряда (рис.6.2б):

nр --> n рn -- > р.

В первый момент образования р-n-перехода

nn --> p >> nр --> n и рр --> n >> рn -- > р.

Но по мере роста объемного заряда увеличивается напряженность электрического поля, что уменьшает потоки основных носителей заряда. В тоже время потоки неосновных носителей заряда остаются неизменными, поскольку поле не препятствует их движению. Поэтому электрическое поле быстро достигает такой величины, при которой наступает равенство потоков основных и неосновных носителей заряда:

nn --> p = nр --> n и рр --> n = рn -- > р.

Это соответствует установлению в р-n-переходе состояния динамического равновесия, которому отвечает контактная разность потенциалов, обозначаемая как Vк. Этой разности потенциалов отвечает электрическое поле с напряженностью Eк.

Электрический ток через переход в состоянии равновесия равен нулю.

Внешние границы областей пространственных зарядов являются границами р-n-перехода и определяют его толщину d. Различают толщину перехода в р- и n-областях, которые обозначаются как dр и dn (рис.6.2в).

 






Дата добавления: 2016-06-09; просмотров: 1783; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.022 сек.