- •Введение
- •1. Физические основы работы приборов твердотельной электроники
- •1.1. Зонная структура полупроводников
- •1.2. Собственные и примесные полупроводники
- •1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
- •1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •1.6. Определение положения уровня Ферми
- •1.7. Проводимость полупроводников
- •1.8. Токи в полупроводниках
- •1.9. Неравновесные носители. Генерация и рекомбинация носителей
- •1.10. Уравнение непрерывности
- •1.11. Электрические поля в кристаллах
- •2. Контактные явления
- •2.1. Разновидности электрических переходов и контактов
- •2.2. Электронно-дырочный переход
- •Равновесия
- •2.2.2. Контактная разность потенциалов
- •2.2.3. Ширина p-n-перехода
- •2.2.4. Прямое включение р-n-перехода
- •2.2.5. Уровень инжекции
- •2.2.6. Обратное включение р-n-перехода
- •2.2.7. Теоретическая вольт-амперная характеристика
- •2.2.8. Вольт-амперная характеристика реального
- •2.2.9. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода в полулогарифмических координатах
- •2.2.10. Пробой р-п-перехода
- •2.2.11. Емкость p-n-перехода
- •2.2.12. Переходные процессы в p-n-переходах
- •2.2.13. Частотные свойства p-n-перехода
- •2.2.14. Эквивалентные схемы р-п-перехода
- •2.2.15. Влияние температуры на свойства
- •2.3. Разновидности электрических переходов
- •2.3.1. Гетеропереходы
- •2.3.2. Контакт полупроводников с одним типом электропроводности
- •2.3.3. Контакт металл – полупроводник. Барьер Шоттки
- •2.3.4. Омические контакты
- •2.3.5. Явления на поверхности полупроводников
- •3.2. Область пространственного заряда в равновесных условиях
- •3.3. Приповерхностная область пространственного заряда
- •3.4. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в идеальной
- •3.5. Вольт-фарадные характеристики идеальной
- •3.5.1. Емкость области пространственного заряда
- •3.5.2. Емкость мдп-структур
- •3.6. Компоненты заряда в реальном диоксиде кремния и их влияние на вфх мдп-структуры
- •3.7. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в реальной
- •3.8. Определение параметров мдп-структур на основе анализа c-V характеристик
- •4. Полупроводниковые диоды
- •4.1. Методы изготовления полупроводниковых диодов
- •4.2. Выпрямительные диоды
- •4.3. Варикапы
- •4.4. Стабилитроны
- •4.5. Туннельный и обращенный диоды
- •4.6. Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
- •4.7. Импульсные диоды
- •5. Биполярные транзисторы
- •5.1. Структура и основные режимы работы
- •5.2. Схемы включения транзистора
- •5.3. Основные физические процессы в биполярных транзисторах
- •5.4. Модуляция сопротивления базы
- •5.5. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •Как четырехполюсник
- •5.6. Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •5.7. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой
- •5.8. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером
- •5.9. Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- •5.9.1. Система z-параметров
- •5.9.2. Система y-параметров
- •5.9.3. Система h-параметров
- •5.10. Частотные и импульсные свойства транзисторов
- •6. Тиристоры
- •6.1. Структура и принцип действия
- •6.2. Основные параметры тиристоров
- •6.3. Феноменологическое описание вах динистора
- •6.4. Способы включения и выключения тиристоров
- •7. Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью
- •7.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •7.3. Эффект смещения подложки
- •7.4. Эквивалентная схема мдп‑транзистора
- •7.5. Подпороговые характеристики мдп-транзистора
- •7.6. Приборы с зарядовой связью
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.3.2. Контакт полупроводников с одним типом электропроводности
Контакт полупроводников с одним типом электропроводности, но с разной удельной проводимостью обозначают как р+-р- или п+-п-переход, причем знаком "+" отмечают область полупроводника с большей концентрацией примесей (рис. 2.43).
Вблизи такого контакта происходят процессы, аналогичные процессам в электронно-дырочном переходе, то есть носители из области с большей концентрацией диффундируют в область с меньшей концентрацией. При диффузии в сильнолегированной области нарушается компенсация заряда ионизированных примесей, а в слаболегированной - создается избыток основных носителей заряда (рис. 2.43, в). Таким образом, на контакте двух полупроводников с одним типом электропроводности, но разной удельной проводимостью также образуется область объемного заряда, диффузионное поле и контактная разность потенциалов. В данном случае в слаболегированной области объемный заряд образован избыточной концентрацией основных носителей заряда.
Рис. 2.43. Контакт полупроводников с одним типом
электропроводности: а - структура контакта;
б - энергетическая диаграмма контакта; в - зависимости
концентрации примесей и концентрации носителей заряда
от координаты
Контактная разность потенциалов для таких переходов определяется соотношениями, аналогичными (2.4), то есть для р+-р-перехода
; (2.84)
для п+-п-перехода
. (2.85)
Распределение носителей заряда вблизи контакта полупроводников с одним типом электропроводности (рис. 2.43, в) показывает, что в данном случае отсутствует слой с меньшей концентрацией по сравнению с концентрацией носителей в слаболегированной области, то есть отсутствует высокоомный слой. Из-за этого при прохождении тока на таком контакте падает сравнительно небольшое напряжение, высота его потенциального барьера практически не изменяется от величины и направления тока. Следовательно, контакт двух полупроводников с одним типом электропроводности не обладает выпрямляющими свойствами и имеет малое сопротивление по сравнению с сопротивлением слаболегированной области.
Другой особенностью контакта двух полупроводников с одним типом электропроводности является отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в слаболегированную высокоомную область. Действительно, если внешнее напряжение приложено плюсом к высокоомной п-области п+-п-перехода, что аналогично прямому включению р-п-перехода, то при этом из п+-области в п-область вводятся электроны, которые являются основными носителями. При противоположной полярности дырочный ток из п+-области в п-область аналогичен обратному току через р-п-переход. Однако из-за ничтожно малой концентрации неосновных носителей заряда в сильнолегированной п+-области инжекция дырок в высокоомную п-область также оказывается ничтожно малой.
Невыпрямляющие и неинжектирующие контакты широко используют в полупроводниковых приборах наряду с выпрямляющими и инжектирующими. Однако из-за существования на контакте полупроводников с одним типом электропроводности потенциального барьера для неосновных носителей заряда, двигающихся из слаболегированной области к контакту, может происходить накопление этих неосновных носителей вблизи контакта при определенной полярности внешнего напряжения (рис. 2.44). При приложении внешнего напряжения оно падает в основном в объеме слаболегированной области. Поэтому только там будет происходить изгиб энергетических уровней и зон, приводящий к образованию потенциальных ям для неосновных носителей заряда. Эффект накопления неосновных носителей заряда и их последующего рассасывания - эффект инерционный. Поэтому он может ухудшать быстродействие полупроводниковых приборов.
Рис. 2.44. Накопление неосновных носителей заряда (дырок) вблизи контакта двух полупроводников
с электропроводностью п-типа при наличие внешнего
электрического поля
Промежуточное положение между р+-р- или п+-п- и р-п-переходом занимают р-i- или п-i-переходы. Такие переходы образуются между двумя полупроводниками, один из которых имеет электронную или дырочную электропроводность, а другой - собственную.
На рис. 2.45 показаны энергетическая диаграмма и изменение концентраций на границе полупроводников с р- и i- областями. Вследствие разности концентраций носителей заряда в р- и i-областях происходит инжекция дырок из р-области в i-область и электронов из i-области в р-область.
В виду малой величины инжекционной составляющей электронного тока потенциальный барьер на границе перехода создается неподвижными отрицательными ионами акцепторов р-области и избыточными дырками i-области, диффундирующими в нее из р-области. Поскольку ppo >> pi, глубина распространения запирающего слоя в i-области значительно больше, чем в р-области.
Рис. 2.45. Энергетическая диаграмма р-i-перехода
и изменение концентраций на границе полупроводников
с р- и i-областями