Полупроводник с неравномерным распределением примеси

Ранее рассматривались однородно легированные полупроводники,

в которых концентрация примеси распределена равномерно. В таких полупроводниках в равновесном состоянии выполняется условие электронейтральности (см. п. 1.2.). В том случае, когда примесь распределена в полупроводнике неравномерно, в нем электронейтральность нарушается, и возникает электрическое поле. Рассмотрим этот процесс.

На рис. 1.11, а показан образец полупроводника p-типа длиной l, на рис. 1.11, б приведено распределение концентрации акцепторной приме- си N_A вдоль продольной координаты x. Каждый атом акцепторной примеси создает одну дырку, поэтому в начальный момент времени распределение

а)

б)

Рис.1.11. К возникновению электрического поля в

полупроводнике с неравномерным распределение примеси.

концентрации дырок будет совпадать с распределением концентрации примесных атомов. Однако вследствие неравномерного распределения дырок начнется их диффузионное движение вправо, в результате чего вблизи правой грани образца образуется избыточная концентрация дырок (показаны кружками). В тоже время вблизи левой грани образца концентрация дырок из-за диффузии уменьшится, в результате чего окажутся нескомпенсированными отрицательные заряды ионов акцепторной примеси (показаны квадратиками). Нескомпенсированные заряды дырок и ионов примеси образуют в образце полупроводника внутреннее (встроенное) электрическое поле, вектор напряженности которого Е направлен влево. Это поле будет препятствовать диффузионному движению дырок, и когда заряды дырок и ионов примеси достигнут определенного значения, диффузионное движение дырок прекратится. Следует заметить, что неосновные носители (электроны) в силу их низкой концентрации (n_{p ≪} p_p) не могут скомпенсировать избыточный объемный заряд дырок.

Таким образом в полупроводнике с неравномерным распределением примеси присутствует электрической поле, которое влияет на поведение неосновных носителей. При инжекциив рассмотренный образец полупроводника через его левую грань избыточных электронов, это поле будет ускорять их движение к правой грани. Помимо диффузионной составляющей скорости электроны получат дополнительную дрейфовую составляющую скорости, в результате чего время их пролета через образец может существенно (на порядок-полтора) сократиться. Этот эффект используется, в частности, в дрейфовых биполярных транзисторах для повышения их быстродействия (см. ниже п. 3.7).

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ