- •Исследование свойств и характеристик полупроводниковых структур
- •Даются описание лабораторных установок, порядок выполнения работы, задания и краткие сведения из теории.
- •Редактор э.Б. Абросимова
- •Цель работы
- •Классификация полупроводниковых материалов
- •Электропроводимость полупроводников Собственная проводимость полупроводников
- •Примесная проводимость полупроводников
- •Простые полупроводниковые материалы Германий
- •Кремний
- •Электронно-дырочный переход при воздействии внешнего электрического поля
- •Переход металл - полупроводник
- •Невыпрямляющий (омический) переход
- •Выпрямляющий переход
- •Полупроводниковые приборы Полупроводниковые диоды
- •Биполярный транзистор
- •Диодные включения транзисторов
- •Содержание работы
- •Описание лабораторной установки
- •Описание програмного интерфейса Основное меню
- •Панель инструментов
- •Окно измерений
- •Меню настройки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Часть I «Исследование диодных структур» содержит:
- •Часть II «Исследование транзисторных структур» содержит:
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Электронно-дырочный переход при воздействии внешнего электрического поля
Прямое включение р-n-перехода
Включение, при котором полярность источника совпадает с полярностью основного носителя, называют прямым.
Действие прямого напряжения поясняется потенциальной диаграммой (рис. 6).
Рис. 6. Прямое включение p-n-перехода |
Рис. 7. Обратное включение p-n-перехода |
Электрическое поле, создаваемое внешним источником (Евн), действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Высота потенциального барьера уменьшается и становится равной Δφ= Δφk-U.
Диффузионный ток возрастает, так как большее число основных носителей может преодолеть потенциальный барьер.
В то же время дрейфовый ток уменьшается по той же причине, а также из-за уменьшения ширины р-n-перехода (рис. 6, L1<L). Уменьшение ширины снижает вероятность захвата полем перехода неосновных носителей.
В результате ток перехода уже не равен нулю:
Iпер= Iдиф +Iдр≠0.
Ток, возникающий при прямом включении, называется прямым током р-n-перехода. Он обусловлен диффузионным током основных носителей.
Обратное включение р-n-перехода
Включение, при котором полярность источника не совпадает с полярностью основного носителя, называется обратным.
В этом случае электрическое поле, создаваемое внешним источником, складывается с полем контактной разности потенциалов (рис. 7).
Результирующее поле усиливается, а потенциальный барьер становится равным Δφ= Δφk+U.
Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение основных носителей через переход практически прекращается, т.е. Iдиф=0, так как их энергии недостаточны для преодоления барьера. Дрейфовый ток незначительно увеличивается из-за увеличения разности потенциалов и ширины р-n-перехода (L2>L). Общий ток перехода становится равным Iпер= -Iдр= I0
Ток, проходящий через p-n-переход при обратном включении, называется
обратным. Он обусловлен дрейфовым током неосновных носителей.
Поскольку концентрация неосновных носителей на несколько порядков меньше, чем основных, то и ток в обратном направлении во много раз меньше. Вследствие этого обратное сопротивление перехода больше прямого.
Переход металл - полупроводник
В современных полупроводниковых приборах кроме электронно-дырочных переходов применяют также контакт между металлом и полупроводником.
Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, т.е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела. В различных металлополупроводниковых переходах может возникать как выпрямляющий, так и невыпрямляющий переход.
Невыпрямляющий (омический) переход
Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 8) работа выхода электронов из металла Ам меньше, чем работа выхода из полупроводника Аn, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник.
В слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т.е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения.
Такой переход не обладает выпрямляющим свойством. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.
Рис. 8. Омический переход
Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 8), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем работа выхода из металла (Ар<Ам). В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении. В приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление.
Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от n- и p-областей. Для этой цели подбираются соответствующие металлы.