- •Методические указания
- •«Исследование диодов»
- •Сызрань 2010
- •Сведения из теории проводимость полупроводников
- •2.1 Общие сведения о полупроводниках
- •2.2 Собственная проводимость полупроводников
- •2.3 Примесная проводимость полупроводников
- •2.4 Электронно-дырочный переход
- •2.4.1 Образование и равновесное состояние р-n перехода
- •2.4.2. Энергетическая диаграмма р-n перехода
- •2.4.3 Формулы для диффузионного и дрейфового токов
- •2.5 Электронно-дырочный переход при включении внешнего напряжения
- •2.5.1 Прямое включение р-n перехода
- •2.5.2. Обратное включение р-n перехода
- •2.6 Инжекция неосновных носителей
- •2.7. Вольт-амперная характеристика идеального р - n перехода
- •2.8 Отличие вольт-амперной характеристики
- •2.9 Виды пробоя р-n перехода
- •2.10 Емкость р-n перехода
- •2.11. Эквивалентная схема р-n перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •3.1. Классификация полупроводниковых диодов
- •3.2 Устройство полупроводниковых диодов
- •3.3. Основные общие параметры диодов
- •3.4. Типы полупроводниковых диодов
- •3.4.1. Выпрямительные диоды
- •3.4.1.1 Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов
- •3.4.1.2 Влияние температуры и проникающей радиации на характеристики и параметры диодов
- •3.4.2. Универсальные (высокочастотные) диоды.
- •3.4.3. Сверхвысокочастотные диоды
- •3.4.4. Переключательные p-I-n диоды
- •3.4.5. Варикапы
- •3.4.6. Импульсные диоды
- •3.4.7. Туннельные и обращённые диоды
- •3.4.8. Стабилитроны и стабисторы
- •3.4.9. Фотодиоды
- •3.4.10. Излучательные диоды
- •Выполнение лабораторной работы на лабораторном стенде «тэц и оэ – нрм» Перечень используемых минимодулей
- •Порядок выполнения работы
- •Выполнение лабораторной работы на лабораторном стенде 17д – 01.
- •Порядок выполнения работы.
- •Содержание отчета.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
2.4 Электронно-дырочный переход
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на использовании явлений и процессов происходящих в электронно-дырочных переходах, а в полупроводниковых интегральных микросхемах на базе электронно-дырочного перехода строятся и активные, и пассивные, а во многих случаях и изолирующие элементы.
Электронно-дырочным, или р-n переходом называют область на границе двух полупроводников с различным типом проводимости.
Следует иметь в виду, что р-n переход нельзя получить путём контакта полупроводников с различными типами проводимости из-за наличия в месте контакта, например, окислов, а также нарушения периодичности кристаллической решётки. Создаётся р-n переход в монокристалле полупроводника специальными технологическими приёмами путём диффузии акцепторной и донорной примеси в соответствующие области кристалла или путём сплавления полупроводников с различным типом проводимости.
2.4.1 Образование и равновесное состояние р-n перехода
Возьмём монокристалл полупроводника, в одной области которого создан дырочный, а в другой – электронный тип проводимости (рис. 2.6а).
В области р основными носителями заряда являются дырки, которые на рис. 2.6 обозначаются знаком .Подавляющее большинство дырок примесного происхождения, весьма незначительная часть – собственные (возникающие за счёт термогенерации). Неосновными носителями заряда в полупроводнике р-типа являются электроны (обозначены знаком Ө), возникающие за счёт термогенерации (собственной проводимости).
В области n основными носителями заряда являются электроны (обозначаются знаком Ө), а неосновными – дырки. Распредление концентраций электронов - nр , nn и дырок рр , рn соответственно показано на рис 2.6б.
Рис. 2.6
Так как концентрация дырок в области р-рр значительно больше, чем концентрация дырок в области n- рn, а концентрация электронов в области n- nn значительно превышает концентрацию электронов в области р-nр, т.е. на границе р и n областей существует разность (градиент) концентрации подвижных носителей, то возникает диффузионное перемещение дырок из области р в область n, а электронов из области n в область р. Перемещение основных носителей зарядов за счёт диффузии создаёт диффузионный ток р- n перехода, имеющий дырочную и электронную составляющие
Iдиф = Iдиф.р + Iдиф.n
и направленный из области р в область n.
При уходе дырок из области р в область n в приграничном слое области р остаётся нескомпенсированный объёмный отрицательный заряд акцепторных атомов (обозначены знаком «-»). При уходе электронов из области n в область р в приграничном слое n остаётся нескомпенсированный заряд атомов донорной примеси (обозначается знаком «+»).
Таким образом, электронный полупроводник заряжается положительно, а дырочный- отрицательно.
Между нескомпенсированными объёмными зарядами примесных атомов в приконтактоной области возникает диффузионное электрическое поле Еко, напряжённость которого направлена от области n к области р (рис. 2.6а,г), которому соответствует разность потенциалов между р и n областями, называемая контактной разностью потенциалов Uко ( рис. 2б,в), являющаяся потенциальным барьером.
Диффузионное электрическое поле (контактная разность потенциалов) препятствует дальнейшей диффузии основных носителей, так как являются тормозящими для них. В то же время для неосновных носителей зарядов диффузионное поле является ускоряющим. Тепловое движение неосновных носителей в р и n областях приводит к попаданию части этих носителей в диффузионное поле, которое перебрасывает их в соседнюю область. В результете возникают встречные потоки неосновных носителей: дырки из области n дрейфуют в область р, а электроны – наоборот. За счёт этого создаётся ток неосновных носителей, называемый дрейфовым током или током проводимости
Iпров= Iпров р+ Iпров n
и направленный навстречу диффузионному току (из области n в область р). Ток неосновных носителей иногда называют также тепловым током, так как своим происхождением он обязан генерации пар носителей электрон-дырка под действием тепла.
Таким образом , через границу р и n областей (через переход) протекают навстречу друг другу одновременно два тока – ток диффузии и ток проводимости, поэтому результирующий ток через р- n переход равен разности
Iр-n=Iдиф - Iпров.
В равновесном состоянии (при отсутствии внешних напряжений) в полупроводнике устанавливается термодинамическое равновесие, при котором Iдиф и Iпров равны по величине и уравновешивают друг друга , поэтому
Iр-n= Iдиф- Iпров.=0.
Следует отметить, что р- n переход обеднен основными носителями ,т.к. они при встречной диффузии усиленного рекомбинируют. Вследствие этого его сопротивление оказывается значительно большим, чем сопротивление р и n областей, поэтому его называют также запирающим или запорным слоем.