Контактная разность потенциалов р-n-перехода

Определим, чем определяется величина VК. Энергетическая диаграмма р- и n-об-ластей полупроводника до образования р-n-перехода имеет вид, представленный на рис.6.3а.

Энергетические уровни ЕС и ЕV изображаются прямыми линиями. Это выражает тот факт, что энергия электрона, например, одинакова на дне зоны проводимости в р- и n-областях.

Положение уровня Ферми EF различно. В р-области EpF смещен к потолку валентной зоны, а в n-области EnF смещен ко дну зоны проводимости.

После установления равновесия образуется р-n-переход с потенциальным барьером jк = qVк для основных носителей заряда (рис.6.3б). Электрон, находящийся на дне зоны проводимости ЕС, при переходе из n-области в р-область для преодоления действия электрического поля Ек контактной разности потенциалов Vк должен увеличить свою энергию на величину jк = qVк. Поэтому энергетические уровни в р- и n-областях смещаются относительно друг-друга на величину jк, искривляясь в области р-n-перехода. При этом уровни Ферми EnF и EpF устанавливаются на одной высоте, что соответствует состоянию равновесия р-n-перехода.

Следует отметить, что в состоянии термодинамического равновесия уровень Ферми в любых гетерогенных (разнородных) системах имеет одно и тоже значение энергии и поэтому изображается горизонтальной линией. Например, в контактах металл – металл, металл – полупроводник, полупроводник – диэлектрик и так далее.

Величину VК можно определить исходя из следующих соображений.

Концентрация дырок в р-области определяется положением уровня Ферми (4.4):

рро ~

Так как , то потолок валентной зоны EV в n-области смещен вниз на величину qVК относительно потолка валентной зоны в р-области. Тогда концентрация дырок в n-области:

р ~ .

Отношение

, (6.1)

здесь весьма часто встречающаяся величина jT=кТ/q называется термическим потенци-алом. При T=3000С jT = 0,0258 В. Логарифмируя и разрешая (6.1) относительно VК, получим:

VК = .

Используя nр = ni2, получим:

= = .

Отсюда следует, что возрастает с увеличением концентрации основных носителей заряда или увеличением концентрации донорной и акцепторной примесей в р- и n-областях. возрастает так же с увеличением Eg полупроводника, так как при этом ni уменьшается. Например, для Si с ni»1010 см-3 при T = 300К, NА= NД = 1016 см-3 VК = 0,71 В.

На основании (6.1) можно получить соотношения, связывающие концентрации основных и неосновных носителей заряда в р- и n-областях р-n-перехода в состоянии равновесия:

р = рро ,

аналогично для электронов:

nро = n .

 

 






Дата добавления: 2016-06-09; просмотров: 2044; 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: 0.021 сек.