Электронно-дырочный переход.




Основные свойства полупроводников.

П/п-вые материалы имеют удельное электрические сопротивление ρ=10-3÷1010 Ом∙см. Материалы с меньшим ρ относят к проводникам, а с большим ρ - к диэлектрикам.

При нагреве ρ проводников увеличивается, а у п/п-ков уменьшается. При добавлении примеси в металл ρ сплава становится больше. При добавлении примеси в п/п-к его ρ резко уменьшается. Также уменьшается ρ п/п-ов под влиянием внешнего электрического поля, при облучении светом или воздействии ионизированными частицами.

П/п-вые материалы имеют твердую кристаллическую структуру. К п/п-кам относятся кремний, германий, арсенид галлия, селен, теллур,.

Электропроводность вещества обусловлена перемещением валентных электронов, осуществляющих перенос электрического заряда. В п/п-ке все валентные электроны прочно связаны с кристаллической решеткой.

Германий и кремний являются элементами IV группы периодической системы элементов Менделеева. У них атомы располагаются в узлах кристаллической решетки, их связь с другими атомами осуществляется посредством четырех валентных электронов (ковалентные связи). Каждая пара валентных электронов принадлежит одновременно двум соседним атомам, при этом возникает связывающая атомы сила.

Чтобы электрон мог освободиться от связи с атомом и стать свободным, он должен получить дополнительную энергию и перейти в зону проводимости. Одновременно в валентной зоне образуется такое же число не занятых электронами (ставших вакантными) энергетических уровней. Вакантный энергетический уровень в валентной зоне называют дыркой проводимости, а сам процесс образования пар электрон — дырка — тепловой генерацией пар. В электрическом поле дырка ведет себя как частица с положительным зарядом, равным по значению заряду электрона. Затем происходит обратный процесс захвата электронов дырками. Процесс исчезновения электрона и дырки называют рекомбинацией.

Т. о., свободный от примесей п/п-к, имеющий два типа носителей заряда — электроны и дырки, приобретает способность проводить электрический ток. Электропроводность п/п-ка, обусловленную генерацией, перемещением и рекомбинацией пар электрон — дырка, называют собственной электропроводностью. Она обычно невелика. Причем как электронная, так и дырочная электропроводность обусловлена перемещением в полупроводнике только электронов. Значительно лучшей электропроводностью обладают примесные полупроводники. Если в четырехвалентный п/п-к внести пятивалентную примесь, то в нем образуется много свободных электронов. Такой п/п-к называют п/п-ком с электронной электропроводностью или n -типа. Если в четырехвалентный п/п-к добавляется примесь элемента III группы, имеющего три валентных электрона, то такой п/п-к обладает избыточным числом дырок. Его называют полупроводником с дырочной электропроводностью или р-типа.

Электронно-дырочный переход.

Границу между двумя соседними областями п/п-ка, имеющими различный характер электропроводности, называют электронно-дырочным переходом или р-п-переходом.

Рассмотрим процессы в р - n -переходе при отсутствии внешнего электрического поля.

Т.К. концентрация дырок в п/п-ке р -типа намного больше, чем в п/п-ке n -типа, и, наоборот, в п/п-ке n -типа высока концентрация электронов, то происходит диффузионное перемещение дырок из р -области в n -область и электронов в противоположном направлении. В результате в приконтактных областях образуются обедненные от основных носителей заряда слои и появляются нескомпенсированные отрицательный заряд в приконтактной области р -типа и положительный заряд в приконтактной области n-типа, что приводит к образованию электрического поля, которое препятствует дальнейшему диффузии дырок и электронов. Этот обедненный слой называют запирающим слоем. Двойной электрический слой в области р - n -перехода образует контактную разность потенциалов φк, называемую потенциальным барьером. У герма­ниевых переходов φк =0.3÷0.4 В, у кремниевых φк = 0,7 ÷ 0,8 В.

 

 

Если подключить к р - n -переходу внешнее напряжение Uобр таким образом, чтобы плюс был приложен к области n-типа, а минус — к области р -типа (такое включение называют обратным, рис. 13, в), то обедненный слой расширится, так как под воздействием внешнего напряжения электроны и дырки, как основные носители заряда, смещаются от р-n-перехода в разные стороны. При этом высота потенциального барьера возрастает и становится равной φк+Uобр, При этом через р - n -перехода проходит маленький обратный ток Iобр = Iо, который называют тепловым током.

Если поменять полярность внешнего напряжения (такое смещение называют прямым, рис. 13, д), то обедненный слой р - n -перехода сужается, а его проводимость увеличивается. Так как напряжение внешнего источника прикладывается встречно контактной разности потенциалов, то потенциальный барьер снижается и становится равным φк — Uпр (рис. 13, е). При этом через р - n -переход проходит большой прямой ток Iпр. Ток Iобр много меньше Iпр.

Прямая и обратная ветви ВАХ р - n -перехода:

 

 

 

При прямом включении р - n -перехода его сопротивление мало, а ток большой. При обратном включении р - n -перехода его сопротивление значительно больше при малом обратном токе. Т. о., р - n -переход обладает свойством односторонней проводимости, что позволяет использовать его для выпрямления переменного тока.

Если обратное напряжение превышает некоторое значение Uобр.пр, называемое пробивным, то обратный ток Iобр резко возрастает, при этом произойдет электрический пробой р - n -перехода, сопровождаемый часто тепловым пробоем. Электрический пробой не разрушает р - n -перехода, т. е. является обратимым. При тепловом пробое происходит перегрев р - n -перехода и он выходит из строя. С ростом температуры возрастают как прямой, так и обратный ток (пунктирная линия).



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: