Контактные явления в полупроводниках

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Лекция

Тема:

Контактные явления в полупроводниках

Контактные явления в полупроводниках - неравновесные электронные явления, возникающие при прохождении электрического тока через контакт полупроводника с металлом или электролитом или через контакт двух различных полупроводников (гетеропереход) либо через границу двух областей одного и того же полупроводника с разным типом носителей заряда (см. р-n-переход) и разной их концентрацией.

Большинство полупроводниковых приборов изготавливаются с использованием так называемых неоднородных полупроводников. В частном случае неоднородный полупроводник представляет собой монокристалл, одна из областей которого - р-типа, а другая - n-типа.

В таком неоднородном полупроводнике на границе раздела р- и n-областей возникает слой пространственного заряда и внутреннее электрическое поле в границах этого слоя, этот слой носит название. Свойства р-n-перехода положены в основу принципа действия подавляющего числа полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Рассмотрим механизм образования р-n-перехода. Для простоты будем считать, что концентрация электронов в n-области и дырок в р-области равны. Кроме того, в каждой области имеется небольшое количество неосновных носителей. При комнатной температуре в полупроводнике р-типа концентрация отрицательных ионов акцепторов N_а равна концентрации дырок р_р, а в полупроводнике n-типа концентрация положительных ионов доноров N_g равна концентрации свободных электронов n_n. Так как между р- и n-областями имеется значительная разница в концентрации дырок и электронов, то при соприкосновении этих областей начнется диффузия электронов в р-область и дырок в n-область.

В результате диффузии концентрация электронов в пограничной n- области станет меньше концентрации положительных ионов доноров, и этот слой приобретет положительный заряд. Одновременно уменьшится концентрация дырок в пограничной р-области, и она приобретет отрицательный заряд, обусловленный некомпенсированными зарядами ионов акцепторной примеси (рис. 1). Кружки с плюсом и минусом изображают ионы донорной и акцепторной примеси соответственно.

Образовавшийся двойной объемный слой пространственных зарядов называют р-n-переходом. Этот слой обеднён подвижными носителями зарядов. Поэтому его удельное сопротивление велико по сравнению с областями р- и n-типов. Часто в литературе этот слой называют также обедненным, истощенным слоем, или i-областью.

Объемные заряды имеют разные знаки и создают электрическое поле р-n-перехода напряженностью . Оно является тормозящим для основных носителей заряда и препятствуют их свободному перемещению через р-n переход.

Рис. 1

Прямое включение р-n перехода

Если к р-n переходу подключить внешний источник напряжения U, то нарушится условие равновесия и начнет протекать ток. Если источник напряжения подключить знаком плюс к области р-типа, а знаком минус к области n-типа, то получим включение, которое называется прямым (рис. 2).

полупроводник металл электролит электронный дырочный переход

Рис. 2

Электрическое поле источника напряжения направлено навстречу контактному полю, поэтому напряженность результирующего поля в р-n-переходе уменьшится. Уменьшение напряженности поля вызывает снижение высоты потенциального барьера на значение напряжения источника питания: U_к-U₀. Нетрудно убедиться, что при этом уменьшается и ширина р-n- перехода.

Уменьшение высоты потенциального барьера приводит к тому, что увеличивается число переходов основных носителей заряда через р-n-переход, то есть усиливается диффузионный ток.

В этом случае внешнее напряжение U₀ приложено знаком плюс к n-области (рис. 3).

Рис. 3

Электрическое поле источника напряжения направлено в ту же сторону, что и контактное поле перехода. Поэтому высота потенциального барьера увеличивается и становится равной U_K+U₀. Увеличение обратного смещения приводит к расширению р-n-перехода.

Вопросы

1. Откуда появляется собственная и примесная проводимость полупроводника?

Рис. 4

2. Какие различия между полупроводниками p-типа и n-типа?

3. Какие примеси называются акцепторными?

4. Какие примеси называются донорными?

Размещено на allbest.ru