• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Образование области пространственного заряда

Образование области пространственного заряда
Пусть внешнее напряжение отсутствует, т.е. U=0.
Тогда из-за существенного различия концентраций электронов и дырок в n- и p-областях неизбежно возникают диффузионные токи электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. При этом в области контакта произойдет рекомбинация мигрировавших носителей тока с оставшимися остальными [12].

В приконтактной n-области из-за ухода электронов возникает нескомпенсированный положительный заряд атомов донорной примеси, а в p-области – аналогичный отрицательный заряд атомов акцепторной примеси. Возникшая ситуация обусловливает два эффекта (рис. 8):


Рис. 8. Образование области пространственного заряда, обедненного
носителями тока в p-n переходе

1. В тонкой области контакта p-n перехода свободные носители тока исчезнут, а, следовательно, электропроводность этого слоя толщиной несколько микрометров резко уменьшится, затрудняя дальнейший обмен носителями тока. Образуется два слоя противоположных по знаку зарядов, представляющих собой упомянутую область пространственного заряда, обедненную носителями тока.

2. Обмен электронами из n-области и дырками из p-области изменит общее количество зарядов в этих областях так, что между слоями n- и p- возникает контактная разность потенциалов φk(плюсом в сторону n-области), которая также будет препятствовать дальнейшему обмену носителями тока. Вследствие этого в p-n переходе создается значительная напряженность электрического поля

(23)

где Wв и Wn – энергии краев зон валентной и проводимости соответствующих полупроводников (рис. 9).


Рис. 9. Энергетические диаграммы в полупроводниках n- и p-типов до контакта
(а и б) и после контакта (в)

Диффузионное перераспределение носителей тока в p-n переходе при этом происходит до тех пор, пока средняя энергия зарядов, а, следовательно, и уровни Ферми в обеих частях кристалла, не будут одинаковыми. Следовательно, в данной ситуации в обеих областях происходит выравнивание уровней Ферми WF и смещение энергетических зон, при этом ширина запрещенной зоны в каждой из областей не изменяется [9], рис. 9.

Из диаграмм видно, что контактная разность потенциалов φk определяет величину работы eφk , которую нужно совершить электрону полупроводника n-типа для перехода в зону проводимости полупроводника p-типа. Аналогичную работу должны выполнить дырки для перехода из ВЗ p-типа в ВЗ n-типа.

Таким образом, в p-n переходе образуется структура, подобная заряженному конденсатору, где роль обкладок играют p- и n- слои, а роль изолятора – обедненный слой [12]. При этом устанавливается динамическое равновесие, когда диффузионные токи основных носителей заряда компенсируют дрейфовые токи неосновных, для которых возникшее электрическое поле является ускоряющим (ток дырок из n- области, а электронов из p-области):

(24)

Зона проводимости

В верхней, так называемой зоне проводимости (ЗП), подавляющее число электронов фактически оторвано от атомов...

читать далее

Диоды Шоттки

Контакт «металл-полупроводник» явился историческим основоположником первого «точечно-контактного» полупроводникового...

читать далее

Pin-диоды

Pin-диоды

13.11.11

Структура pin-диода изображена на рис. 30. В нее входят две сильно легированные области p и n, разделенные областью i с электропроводностью...

читать далее