2 курс 1 часть / электроника / лекции / Электроника УрТИСИ +
.pdf
Этот двойной электрический слой создаѐт электрическое поле с напряжѐнностью Е0 и приводит к появлению внутри полупроводника
потенциального барьера высотой φ0. |
||||
р+ |
E0 |
+ |
|
Область |
− |
|
p-n-перехода |
||
|
|
|
n- |
|
|
- |
|
|
|
-
-
-
+
+
l0
φ0
58
Это поле вызывает направленное движение носителей заряда через переход
– дрейфовый ток, направленный навстречу диффузному току
Iдр = IДРр + IДРn
Появление диффузного тока приводит к увеличению потенциала φ0.
В конце концов эти токи сравняются
IДР = IДИФ
58
Наступит равновесное состояние и результирующий ток окажется равным нулю.
р+ - |
E0 |
+ n - |
|
-
-
-
-
+
+
φ0
59
Слой p-n-перехода в целом должен содержать равное число положительных и отрицательных зарядов, т.е. отрицательный заряд левой части должен быть равен положительному заряду правой части.
Поскольку принято, что NР >> Nn,
то протяжѐнность областей расположения зарядов оказывается разной:
меньшую часть i-области занимают дырки, а большую –электроны.
61
Таким образом, большая часть обеднѐнной области сосредотачивается в слаболегированном (высокоомном) слое.
р+ - |
E0 |
+ n - |
|
-
-
-
-
+
+
l0 слаболегированный слой
Протяженность p-n-перехода оценивают параметром l0
61
Основным параметром p-n-перехода является высота потенциального барьера (контактная разность потенциалов) φ0, которую выражают в вольтах (В).
φ0 зависит от ширины запрещѐнной зоны исходного полупроводника, чем больше εз , тем больше φ0.
Для p-n-переходов
на основе германия Ge φ0 = 0,35 В, а на основе кремния Si φ0 = 0,7 В.
61
2.2 Подключение внешнего источника напряжения к p-n-переходу
Прямое включение p-n-перехода
Подключим к p-n-переходу внешнее напряжение U плюсом (+) к p-, а (-) к n-слою.
Внешнее напряжение окажется приложенным в основном к p-n-переходу как к участку с
наибольшим сопротивлением. |
|
Rp-n>> Rn |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
P- |
RP |
|
|
Rp-n |
|
Rn |
n- |
|
|||
+U |
|
|
|
|
|
|
−U |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
62
|
|
|
U |
|
|
|
|
Напряжение U оказалось |
||
+ |
|
|
- |
|
||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
E0 |
|
|
включенным встречно с |
|
- |
+ |
|
внутренним электрическим |
|||||||
|
|
|
||||||||
|
p- - |
|
|
|
|
|
+n- |
|
полем Е0. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
В результате высота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потенциального барьера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
снижается на величину |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ |
|
|
φ0 U |
внешнего напряжения U. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 U |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ |
|
78
Количество носителей, обладающих энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, увеличивается.
Увеличивается диффузионная составляющая тока Iдиф через p-n-переход.
В каждой области появляются дополнительные избыточные концентрации неосновных для данной области носителей.
При этом нарушается условие равновесного состояния.
79
Носители собственной электропроводности также начнут встречное движение, образуя дрейфовый ток.
Учитывая, что концентрации неосновных много меньше концентрации основных носителей, можно отметить, что величина
дрейфового тока Iдр этих носителей от приложенного напряжения зависит очень слабо.
Таким образом, результирующий ток через p-n-переход
I рез Iдиф Iдр 0
80