7.8 Инжекция неосновных носителей

Процессы инжекции и экстракции зарядов через р-n переход играют важную роль в работе полупроводниковых приборов. При прямом включении р-n перехода из дырочной области в электронную будет происходить инжекция дырок, а из электронной в дырочную – электронов. Область полупроводникового прибора, из которой инжектируются носители, называется эмиттерной или эмиттером, а область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда, называется базовой областью или базой.

В полупроводниковых приборах обычно концентрация примеси, а следовательно, и основных носителей заряда в областях р и n весьма различна, поэтому инжекция из области с более высокой концентрацией основных носителей резко преобладает. Например, если р_р >>n_n, то инжекция дырок из области р в область n значительно преобладает над инжекцией электронов в обратном направлении, поэтому в данном случае эмиттером считается область р, а базой - область n.

Инжекция дырок из области р приводит к повышению их концентраций в области n. Но это не сопровождается нарушением электрической нейтральности области n, т.е. инжекция не приводит к появлению поля в области полупроводника. Инжектированные в область n дырки представляют собой положительный заряд, поле которого распространяется по полупроводнику и притягивает электроны, отрицательный заряд которых должен скомпенсировать заряд дырок. Этот процесс практически мгновенно доходит до контакта, где избыточный положительный заряд компенсируется электронами, входящими в кристалл из внешней цепи. Таким образом, сколько инжектируется дырок в n область через р-n переход, столько же приходит электронов из внешней цепи. Происходит полная компенсация избыточного положительного заряда.

Компенсация заряда дырок электронами не означает исчезновение этих зарядов. Дырка и компенсирующий её электрон могут длительное время находиться в полупроводнике не рекомбинируя. В результате инжекции дырок в области n возникает избыточная концентрация этих зарядов, которая вызывает диффузионное перемещение дырок вглубь области n, в направлении меньшей концентрации. Во время этого движения происходит рекомбинация дырок с электронами, вследствие чего концентрация дырок по мере удаления их от перехода постепенно убывает по экспотенциальному закону

т.е. Р _n(x)= p _no +, (7.13)

Р _n - концентрация дырок в области n на границе с р областью;

p _no – концентрация дырок в области n в равновесном состоянии;

L_p – диффузионная длина дырок в области n.

На рис. 7.8 показано примерное распределение концетрации неосновных инжектированных носителей, соответствующее выражению (7.13). Расстояние L_р на котором избыточная концентрация инжектированных носителей уменьшается в е раз, называется диффузионной длиной.

Рис.7.8

Убывание концентрации инжектированных носителей происходит не только в пространстве, но и во времени. Промежуток времени, в течении которого избыточная концентрация уменьшается в е раз, называется временем жизни носителей дырок. .

Диффузионная длина связана со временем жизни следующим соотношением

, (7.14)

где Д_р – коэффициент диффузии дырок.