Elektron-lyuk átmenet, az elektromos

Elektron-lyuk átmenet

A határ két szomszédos régióival félvezető, amelyek közül az egyik a vezetőképessége n-típusú, és a másik p-típusú, úgynevezett pn átmenetet (pn-átmenet). Ez az alapja a legtöbb félvezető eszközök. A legszélesebb körben használt kétdimenziós és pont p-n-átmenetek.

Planar p-n-átmenet réteges érintkezőelem a kristályban térfogat a felület két félvezetők a vezetőképességnél p- és n-típusú
(Ábra. 1.2, a). A félvezető eszközök és az integrált áramkörök alkalmazni átmenetek típusú p + - n- vagy p + n átmenetek. Az index „+” hangsúlyozza nagyobb elektromos vezetőképességű az egykristály régió.

Ábra. Síklapúság 1.2 (a) és (b) pont p-n átmenetek

Tekintsük a fizikai folyamat egy sík p-n-átmenet (ábra. 1.3). Mivel a koncentráció elektronok félvezető n-típusú szignifikánsan több, mint egy félvezető p-típusú, és ezzel szemben, a félvezető p-típusú, nagy koncentrációjú lyukak, a határ félvezető részben létrehoz egy csepp (gradiens) koncentrációja dp / dx lyukak és a dn / dx elektronok . Ez okozza a diffúzióját az elektronokat az n-régió a p-régió és lyukak az ellenkező irányba. A sűrűsége a lyuk és az elektron diffúziós áram összetevők okozta mozgása többségi töltéshordozók, az alábbi:

ahol Dn és Dp - diffúziós együtthatók elektronok és lyukak.

Ábra. 1.3 szerkezete p-n átmenetet

Az elektromos töltés lyukak képletű (1,7) tartják egyenlő az elektromos töltést egy elektron, ellenkező előjellel, és a „-” jel, amikor dp / dx és a dn / dx azt jelzi, hogy a diffúzió irányába csökkenő koncentrációban.

Ennek eredményeként, karbantartása az elektronok a kontakt régió n-típusú, és lyukak az érintkezési tartományban a p-típusú azokon részekkel vannak szegényített mobil töltéshordozók réteget, és úgy tűnik kompenzálatlan pozitív töltés miatt ionok donor szennyező (az érintkezési tartományban n-típusú), és a negatív töltés a bankjegy elfogadó szennyező ionok (az érintkezési tartományban p-típusú). A kimerült réteg tehát a terület a félvezető a megfelelő helyet töltéssűrűség, amelyek jelenléte képződéséhez vezet egy elektromos mező (ábra. 1.3 Az irány térerősség tükrözi a vektor E, megakadályozza a további diffúzió mozgását elektronok a félvezető n-típusú, hogy a p-típusú félvezető és lyukak az ellenkező irányba., mivel a kiürített rétegben van egy alacsony elektromos vezetőképességű, mivel ez gyakorlatilag nincs mobil töltéshordozók, ez az úgynevezett m záróréteg.

Hatása alatt egy elektromos mező fölött p-n-csomópont lehet mozgatni (drift) csak kisebbségi töltéshordozók, t. E. lyukak n-típusú félvezető, és az elektronok a p-típusú félvezető, amely okozhat sodródás aktuális. A sűrűsége a lyuk és az elektron eltolódás aktuális komponensek alkalmazásával határoztuk meg az értékét a vezetőképessége belső félvezető az expressziós (1.6):

A teljes áram sűrűsége révén a p-n-átmenet határozza meg az összeg a diffúzió és sodródás komponensek áramsűrűség, amelyek egyenlők a hiányában a külső stressz. Mivel a diffúzió és sodródás a töltés folyik keresztül a p-n-átmenet egymással szembeni irányokba mozgatjuk, akkor azok kioltják egymást. Ezért, az egyensúlyi állapotban a teljes áramsűrűség keresztül p-n-átmenet

A jelenléte a villamos kettős réteg ad okot, hogy egy p-n-átmenet az érintkező potenciális különbség, amelyek fokozatosan a legnagyobb változást a határ a félvezető n-p-típusú, és úgynevezett potenciális akadályt jk. Nagysága a potenciális akadályt egyenlet által definiált

ahol Jt = kT / q - hőkapacitása (normál hőmérsékleten, azaz, T = 300 K, JT "" 0,026 in ..); pn és np - a koncentráció a lyukak és elektronok félvezetők n- és p-típusú. A germánium transitions Jt = (0,3-0,4) V y szilícium Jt = (0,7-0,8) B.

Ha csatlakozik a pn-átmenet forrás külső feszültség úgy, hogy egy plusz alkalmazták a terület a félvezető n-típusú, és negatív - a félvezető tartomány p-típusú (. Az ilyen beépülést az úgynevezett reflux, 1.4 ábra), a kiürített réteg kitágul, mivel hatása alatt a külső feszültség, az elektronok és lyukak vannak tolva a PN-átmenet különböző irányokba. A magasság a potenciálgát is növeli, és egyenlővé válik JK + u (ábra. 1,5), mint a külső előfeszültség engedélyezve van szerinti a kapcsolati potenciál különbség.

1.4 ábra A fordított transzfer előfeszítő

1.5 ábra Változások a potenciálgát

Mivel a külső hálózati feszültség van szemben a kapcsolati potenciál különbség, a potenciál gát van összeggel csökkenteni u (cm.
Ábra. 1.7), és a feltételeket az injekció a többségi töltéshordozók - lyukak a p-típusú félvezető a n-típusú félvezető, és az elektron - az ellenkező irányba. Így a p-n csomópont bevétel nagy egyenáram okozta többségi töltéshordozók. További csökkentése a potenciális akadályt növekedéséhez vezet előre áram állandó értéken fordított jelenlegi drift.

A folyamat során a feldolgozás a kristály szennyező bevezetjük, hogy a koncentrációja, és így a koncentráció a többségi töltéshordozók az egyik régióban a kristály (általában egy félvezető p-típusú) Két-három nagyságrenddel nagyobb, mint a szennyező koncentrációját a más területen. A régió nagy koncentrációjú szennyezésre (alacsony régió) a fő forrása a töltéshordozók mozognak a p -n találkozásánál nevezzük emitter. Region alacsony szennyezés-koncentrációja és az úgynevezett nagy fajlagos ellenállású bázis. Ezért, a domináns eleme a közvetlen átfolyó áram p -n csomópont és álló elektron és a lyuk komponenseket az, amely meghatározza a többségi hordozót területen egy magasabb koncentrációban

Amikor | Ubr | >> JT átmenet lényegében eltűnik, és a jelenlegi csak korlátozott az ellenállás (egy pár tíz ohm) bázis terület rb.

Feszültség-áram karakterisztika (I-V) p -n találkozásánál van kialakítva alapján kifejezések (1,10) és a (1.11), az a ábrán bemutatott formában. 1.8. FIELD VAC fekvő az első negyedben megfelel a közvetlen beépítése p -n csomópont és abban a harmadik negyedben - a kölcsönös. Amint a fentiekben megjegyeztük, ha egy elég nagy fordított letörési feszültség átmenet bekövetkezik. Bontás említett éles változás módban az átmenet, ami alatt a zárófeszültség.

A jellemző ez a változás hirtelen lecsökken differenciális ellenállás átmeneti r diff = du / di (U és I - feszültség az átmenet és az átmenet jelenlegi, sorrendben). Kezdete után enyhe emelkedése a bontást zárófeszültségét kíséri meredek emelkedése fordított áram. A lebontása során aktuális növelhető egy változatlan, vagy akár csökken (abszolút értékben) a fordított feszültség (negatív fordulat az utóbbi esetben, a differenciális ellenállás). On átmenet VAC (ábra. 1.9) megfelel a bontást jellemzői a régió az éles hajlítás lefelé a harmadik negyeddel.

Ábra. 1.8 Az áram-feszültség karakterisztika (a), és a kapcsolási rajz a Zener-dióda (b)

Háromféle a bontás p-n átmenet: egy alagút, lavina és termikus. És az alagút, és lavina bontás nevezzük elektromos hiba.

Alagút-bontás akkor történik, amikor a geometriai távolság a vegyérték sávja és a vezetési sáv (gát szélessége) elegendően kicsi, van egy alagút hatás - a jelenség az elektronok áthaladnak a potenciálgát. Tunneling bontása történik a P - n átmenetek egy bázis, amelynek a kis fajlagos ellenállást.

Ábra. CVC 1.9 p - n átmenet

A mechanizmus hasonló a lavina bontás mechanizmusa ionizációs gázokban. A lavina letörés fellép, amikor a mozgás ütköznek egy másik atommal, egy lyukat (vagy elektron) szerez elég energiát, hogy ionizálja az atom. Ennek eredményeként, a vivők száma drámaian növeli a jelenlegi keresztül a csomópont növekszik. A távolságot, amelyet a fuvarozó az ütközés előtt az úgynevezett szabad úthossz. Avalanche bontás fordul elő egy nagy ellenállású bázis csomópont (nagy fajlagos ellenállás). Jellemző, ahol a letörési feszültséget a csomópont csak kissé függ a folyó áramot (meredek dőlésű része a harmadik negyeddel BAX, lásd. Ábra. 1.9).

Amikor termikus bontás aktuális növekedést az magyarázza, fűtés a félvezető a p-n-csomópont és a megfelelő növelésével a vezetőképesség. Termikus bontás jellemezhető negatív differenciális ellenállás. Ha a félvezető - szilícium, majd növekvő zárófeszültség termikus bontást általában akkor fordul elő, miután a villamos tér (elektromos meghibásodási során a félvezető hevítjük, majd melegítsük a mintát kezdődik). Miután az elektronikus bontás p-n-átmenet nem változtatja a tulajdonságait. Miután a termikus bontás, ha a félvezető volt meleg elég nehéz átmeneti tulajdonságai megváltoznak irreverzíbilisen (félvezető eszköz meghibásodik).

Mint már említettük, mivel a diffúzió az elektronok és a lyukak az egész p-n-csomópont egy átmeneti tartományban, amelynek kompenzálatlan mennyiség (térbeli) hátba ionizált szennyező atomok, amelyek mellett a félvezető kristályrácsba, és így nem vesz részt a folyamatban az elektromos áram. Azonban tértölés egy elektromos erőteret, ami viszont a legtöbb jelentősen befolyásolja a mozgás szabad fuvarozók az áram, azaz. E. A jelenlegi folyamattal.

Változások a külső feszültség alkalmazása a p-n-átmenet, értékét megváltoztatja térfogatának tértöltés kiürített réteg. Következésképpen, p-n-csomópont viselkedik, mint egy lapos kondenzátor amelynek kapacitása által meghatározott változásának aránya a tértöltés változtatni ¶Q ¶U kapcsolt feszültség a fordított átalakulás, az úgynevezett gáton, és megtalálható az egyenletből

ahol e0 - dielektromos állandója vákuum; e - relatív dielektromos

permeabilitás; S - területe p-n átmenet; d - a vastagsága a kiürített réteg (a vastagsága a p - n átmenet).

A változás felelős a p-n átmenet is lehet által okozott változást a koncentrációja injektált egyensúlyi hordozók a bázis egy előre előfeszítő p - n átmenet. Az arány a változás mennyisége az injektált töltési a változás mértéke az előre feszültség határozza meg a diffúzió p -n csomópont kapacitás:
Sdif = dq Eng / dU. Diffúziós kapacitás meghaladja a gáton, amikor egy előre előfeszítő p -n csomópont, de kevés értéke, ha záróirányban előfeszített.