Золотая педагогика

Примеры полупроводниковых приборов

Страница 2

Хотя дрейфовый ток создается контактным напряжением, его величина очень слабо зависит от этого напряжения, а определяется интенсивностью появления неосновных носителей и временем их существования:

(1.2)

В данной формуле np и pn – концентрации неосновных носителей – электронов в р-области и дырок в n-области; Lp, Ln – средние длины, которые проходят неосновные носители от момента появления до исчезновения (рекомбинации), τр, τn – времена жизни неосновных носителей, S - площадь перехода.

Поскольку концентрации неосновных носителей np и pn очень малы, малыми оказываются дрейфовый ток и ослабленный до его уровня диффузионный ток. В дальнейшем картина распределения зарядов в области перехода остается неизменной.

По обе стороны от центральной плоскости перехода будут существовать области объемного заряда, образованные продифундировавшими туда свободными электронами и дырками. Однако свободными эти носители заряда были только в своих областях. После того как они перешли в область с противоположной проводимостью они оказываются захваченными имеющимися там атомами противоположной примеси и утрачивают возможность движения. Таким образом, области объемного заряда будут иметь объемные плотности заряда, равные концентрациям примесных атомов, умноженным на элементарный заряд: ρр= -Naq0, ρn=Nдq0. Границы совокупной области объемного заряда xn, xp очень четкие, они считаются границами p-n перехода. Внутри перехода, т.е. в области объемного заряда концентрация свободных носителей очень мала, она равна их концентрации при данной температуре в чистом полупроводнике - ni. Практически данная область является диэлектриком. Иногда ее называют обедненным или запорным слоем р-n перехода. Полный объемный заряд во всей области должен быть равен нулю:

Pp+xnNaq0=0, ρn+xpNдq0=0,

откуда получим |xn/xp|=Nд/Na. Если Nд=Na, переход называется симметричным. Для такого перехода |xn|=|xp|, т.е. область объемного зараяда имеет одинаковую толщину в p и n областях. Однако симметричные переходы используются редко. В несимметричном переходе область объемного заряда оказывается сосредоточенной, главным образом в той области, где меньше концентрация легирующей примеси.

На рис.1.1г, д показаны графики изменения напряженности внутреннего поля и потенциала в направлении оси Х. Результирующая разность потенциалов – U0, называемая контактной, выражается следующей формулой:

, (1.3)

в которой UT=kT/q0 – параметр, называемый температурным потенциалом. Это потенциал, приходящийся на одну степень свободы частицы с элементарным зарядом при ее тепловом движении. При комнатной температуре UT≈26 mB. Для оценки величины контактной разности потенциалов положим ni=1.5*1016 м-3, Na=1021 м-3, Nд=1020м-3, тогда U0=0.51B.

Общая толщина перехода - суммарная толщина областей объемного заряда равна:

(1.4)

Абсолютная диэлектрическая проницаемость кремния - εа=10-10Ф/м. Если подставить в (1.4) концентрации примесей из предыдущего примера, то получим w=2.8*10-6 м=2.8 мкм. Это типичная собственная толщина перехода для умеренных концентраций примесей. С увеличением Na и Nд толщина перехода уменьшается. Переход можно рассматривать как конденсатор, у которого обкладками являются электропроводные р и n области, а диэлектриком слой объемного заряда, толщиной – w. Обозначив через S площадь перехода, вычислим емкость такого плоского конденсатора:

(1.5)

Ввиду малой толщины диэлектрического слоя и заметной диэлектрической проницаемости кремния величина емкости p-n перехода получается существенной даже у миниатюрных переходов. Например, переход с площадью S=1 мм2 обладает емкостью 40 – 50 пф.

Если к p-n переходу приложено внешнее напряжение U, то оно суммируется с контактным напряжением U0. Будем считать положительным внешнее напряжение – U, если оно приложено плюсом к р-области и минусом к n-области. Соответственно положительным будет считаться ток через переход, текущий от р-области к n-области. Часто данные полярность напряжения и направление тока называют прямыми, а противоположные – обратными. При этих условиях контактная разность потенциалов на переходе и дрейфовый ток через него отрицательны. Напротив, диффузионный ток положителен.

Страницы: 1 2 3

Еще по теме:

Деятельность планирования как ведущая в юношеском возрасте
Для начала необходимо ввести одно важное различение, на основе которого конструируется понятие планирования. Такому различению должны быть подвергнуты понятия программа, план, проект, а, следовательно, программирование, планирование, проектирование. План – это всегда структура, а, следовательно, пл ...

Категории

© 2018 Copyright www.sotbay.ru