Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

Твердотельная электроника. Учебное пособие.

2.10. Образование и зонная диаграмма p-n перехода

Электронно-дырочным, или p-n переходом, называют контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным).

Классическим примером p-n перехода являются: n-Si - p-Si, n-Ge - p-Ge.

Рассмотрим контакт двух полупроводников n- и p-типа. Величина работы выхода Ф определяется расстоянием от уровня Ферми до уровня вакуума. Термодинамическая работа выхода в полупроводнике p-типа Фp всегда больше, чем термодинамическая работа выхода Фn в полупроводнике n-типа. Из соотношений (2.13) и (2.14) следует, что

При контакте полупроводников n- и p-типов вследствие различного значения токов термоэлектронной эмиссии (из-за разных значений работы выхода) поток электронов из полупроводника n-типа в полупроводник p типа будет больше. Электроны из полупроводника n-типа будут при переходе в полупроводник p-типа рекомбинировать с дырками. Вследствие несбалансированности токов в полупроводнике n-типа возникнет избыточный положительный заряд, а в полупроводнике p-типа - отрицательный. Положительный заряд обусловлен ионизованными донорами, отрицательный заряд - ионизованными акцепторами. Вследствие эффекта поля произойдет изгиб энергетических зон в полупроводниках n- и p-типов, причем в полупроводнике p-типа на поверхности термодинамическая работа выхода будет уменьшаться, а в полупроводнике n-типа на поверхности термодинамическая работа выхода будет увеличиваться. Условию термодинамического равновесия соответствуют равные значения токов термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводников p- и n-типов, а следовательно, и равные значения термодинамической работы выхода.

На рисунке 2.8 приведены зонные диаграммы, иллюстрирующие этапы формирования электронно-дырочного перехода.

Рис. 2.8. Схема, иллюстрирующая образование p-n перехода

Граница областей донорной и акцепторной примеси в полупроводнике получила название металлургического p-n перехода. Границу, где уровень Ферми пересекает середину запрещенной зоны, называют физическим p-n переходом.


2.10.1. Распределение свободных носителей в p-n переходе

Рассмотрим несимметричный p-n переход, будем считать, что концентрация акцепторов больше, чем концентрация доноров NA > ND; в этом случае для объемного положения уровня Ферми получаем φn < φp. В условиях равновесия (VG = 0) высота потенциального барьера p-n перехода будет

   (2.42)

Рассмотрим распределение свободных носителей - электронов и дырок в области пространственного заряда p-n перехода.

Для квазинейтрального объема полупроводников

   (2.43)

Для области пространственного заряда эти соотношения трансформируются таким образом, что φ0p и φ0n становятся зависимыми от координаты x, то есть φ0p(x) и φ0n(x). Следовательно, и концентрации электронов и дырок в области пространственного заряда тоже зависит от координаты pp(x), np(x), nn(x), pn(x).

   (2.44)

Рассмотрим, как меняется концентрация основных и неосновных носителей в p - области ОПЗ. В p - n переходе величина φp квазилинейно уменьшается, поэтому концентрация дырок pp будет экспоненциально убывать. Уровень Ферми совпадает с серединой запрещенной зоны у физического p - n перехода (φp = 0), в этой точке концентрация дырок становится равной собственной концентрации pp = ni.

Для электронов аналогично получаем, что величина концентрации электронов np(x) возрастает экспоненциально и также равна собственной концентрации в области физического p-n перехода.

Аналогично меняется концентрация основных nn(x) и неосновных pn(x) носителей в ОПЗ полупроводника n-типа.

На рисунке 2.9 показано распределение концентрации носителей в несимметричном p-n переходе в логарифмическом масштабе и схема p-n перехода.

Рис. 2.9. p-n переход в равновесных условиях:
а) распределение равновесных носителей;
б) диаграмма, иллюстрирующая распределение доноров и акцепторов

Таким образом, из приведенного рисунка следует, что в несимметричных p-n переходах физические и металлургические p-n переходы пространственно не совпадают. Распределение концентрации основных и неосновных носителей симметрично относительно линии, соответствующей собственной концентрации ni.


2.10.3 Поле и потенциал в p-n переходе

Связь электрического поля и потенциала в p-n переходе описывается уравнением Пуассона. В одномерном приближении это уравнение имеет вид:

   (2.45)

где ψ(x) - зависимость потенциала от координаты, ρ(x) - плотность объемного заряда, εs - диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε0 - диэлектрическая постоянная.

Для рассмотрения этого уравнения выберем начало координат в области металлургического p-n перехода. При этом донорный полупроводник будет находиться в области x > 0 (в дальнейшем обозначим цифрой I), а акцепторный в области x < 0 (в дальнейшем обозначим цифрой II).

Заряд в области пространственного заряда p-n перехода для полупроводника n-типа обусловлен зарядом ионизованных доноров с плотностью ND+, для полупроводника p-типа зарядом ионизованных акцепторов с плотностью NA+. Поэтому для области I, ρ(x) = qND+ для области II ρ(x) = qNA+. Будем решать уравнение Пуассона отдельно для областей I и II. После интегрирования уравнения Пуассона получаем для области I:

   (2.46)

Для области II:

   (2.47)

Знак "минус" в выражениях (2.46) - (2.47) указывает, что направление электрического поля противоположно направлению оси x.

Из соотношения (2.34) следует, что электрическое поле Е максимально на металлургической границе p-n перехода (x = 0), линейно спадает по области пространственного заряда и равно нулю на границах ОПЗ - квазинейтральный объем полупроводника (x = Wn; x = Wp).

Максимальная величина электрического поля Emax будет равна

   (2.48)

Для нахождения распределения потенциала (а следовательно и зависимости потенциальной энергии от координаты) проинтегрируем еще раз уравнение (2.34) при следующих граничных условиях: x = W, ψ(W) = 0. Получаем:

   (2.49)

Используя граничные условия x = -Wp; ψ = Δφ0, находим константу интегрирования:

Подставляя полученные значения константы в соотношение (2.49), получаем для распределения потенциала ψ(x) в области x < 0.

Проводя аналогичное интегрировнаие для области x > 0, получаем:

   (2.50)

Используя граничные условия x = -Wn; ψ = 0; для константы интегрирования в этой области получаем:

Подставляя полученные значения константы в соотношение (2.50), получаем для распределения потенциала ψ(x) в области x > 0:

   (2.51)

Таким образом, закон изменения потенциала ψ в p-области (отсчет идет от уровня в квазинейтральной области):

и наоборот, в n-области:

На рисунке 2.10 приведена диаграмма, иллюстрирующая распределение электрического поля и потенциала в p-n переходе, рассчитанная по соотношениям (2.46), (2.47), (2.50) и (2.51).

Рис. 2.10. Диаграмма, иллюстрирующая распределение электрического поля и потенциала в p-n переходе:
а) структура p-n перехода;
б) распределение электрического поля в ОПЗ;
в) распределение потенциала в ОПЗ

На металлургической границе p-n перехода при x = 0 значение потенциала ψ1 + ψ2 = Δφ0 = φn0 + φp0, или

   (2.52)

Согласно уравнению электронейтральности в замкнутых системах величины положительного и отрицательного заряда на единицу площади должны быть равны:

Следовательно,

   (2.53)

Подставляем выражение (2.45) в (2.46), получаем:

Несложные преобразования позволяют получить выражение для ширины обедненных областей Wp и Wn в p- и n-областях соответственно:

   (2.54)

Из предыдущих формул легко видеть, что с ростом легирования p-области ширина p-n перехода Wp в акцепторной части полупроводника уменьшится.

Полная ширина p-n перехода W, равная W = Wp + Wn, будет:

   (2.55)

Для несимметричных p+-n переходов (концентрация акцепторов существенно больше концентрации доноров) из соотношений (2.47) и (2.48) следует, что ширина обедненной области в полупроводнике p-типа будет существенно меньше, чем ширина обедненной области в полупроводнике n-типа:

Таким образом, вся обедненная область p+-n перехода сосредоточена в области с низким значением легирующей концентрации W = Wn.

Copyright © 2003-2008  Авторы







Ваш комментарий к статье
Барьеры Шоттки и pn-переходы - Образование и зонная диаграмма p-n перехода :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>