Вопрос 7

Рисунок 11

Обозначим через собственную контактную разность потенциалов объединенного слоя. Если кp-nпереходу подключить источник ЭДС, на клеммах которого будет напряжениеU, то разность потенциалов на границах контактного слоя изменится. Включениеp-nперехода в электрическую цепь, когда «+» источника присоединяется кp-области, а «-» кn-области называетсяпрямым. Разность потенциалов контактного слоя в этом случае обозначается. Включение, при котором кp-области присоединяется «-» источника тока, а кn-области – «+» источника, называетсяобратным. Соответствующая разность потенциалов -

;

При прямом включении p-nперехода потенциальный барьер уменьшается, что приводит к увеличению диффузионного тока и уменьшению встречного дрейфового тока. Результирующий ток называетсяпрямым, он совпадает с диффузионным.

При обратном включении p-nперехода потенциальный барьер увеличивается, что приводит к уменьшению диффузионного тока и увеличению дрейфового тока. Результирующий ток называетсяобратными совпадает с дрейфовым током.

Таким образом, p-nпереход, включенный в прямом направлении, пропускает электрический ток, а в обратном – не пропускает.

Вопрос 6

Рисунок 12 – ВАХ p-n перехода

1 – прямая ветвь; 2 – обратная ветвь при лавинном пробое; 3 – обратная ветвь при тепловом пробое; 4 – обратная ветвь при туннельном пробое.

Прямую и обратную ветви ВАХ изображают в различном масштабе, поскольку в нормальном режиме работы p-nперехода обратный ток на несколько порядков меньше прямого тока. При достижении обратным напряжением некоторой критической величины (Uпроб) происходит резкое уменьшение сопротивленияp-nперехода. Это явление называютпробоем p-n перехода, а соответствующее ему напряжение –напряжением пробоя. Различают электрический и тепловой пробои. В свою очередь, электрический пробой бывает лавинным и туннельным.

Туннельный пробой возникает при большой напряженности электрического поля в тонком p-nпереходе между высоколегированными полупроводниками в результате тунеллирования электронов из валентной зоныp-слоя в зону проводимостиn-слоя. Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающаяся в том, что первоначальные свойстваp-nперехода полностью восстанавливаются, если отключить источник ЭДС от перехода. Благодаря этому оба вида пробоя используются в качестве рабочих режимов в полупроводниковых диодах.

Эффект прохождения электрона сквозь узкий потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Для преодоления потенциального барьера валентные электроны должны получить энергию извне. Однако, как известно из курса физики, электроны могут просочиться сквозь узкий потенциальный барьер даже тогда, когда их энергия меньше высоты потенциального барьера. При тунеллировании электрон должен оставаться на одном и том же энергетическом уровне

Вопрос 8

В современных полупроводниковых приборах применяются также контакты между металлами и полупроводниками. Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, то есть от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выход, тем больше электронов может выйти из данного тела

Рисунок 17 – Контакт металла (М) с полупроводником

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис 17а) работа выхода электронов из металла Ам меньше, чем работа выхода из полупроводника, то будет преобладать выход электронов и металла. Поэтому в слове полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения. Такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называютневыпрямляющим (омическим) контактом.

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис 17б). если работа выхода электронов из полупроводника меньше чем у металла.

Иные свойства имеет переход как на рисунке 17в. В этом случае электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и потому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямительными свойствами. Этот потенциальный барьер называется барьер Шотки, а полупроводниковые диоды называютсядиодами Шотки. В диодах Шотки отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов. Поэтому диоды обладают значительно более высоким быстродействием по сравнения с обычнымиp-nпереходами. Аналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла с полупроводникомp-типа приАм < Ап.