Введение

Развитие полупроводниковой электроники стало возможно благодаря фундаментальным достижениям в области квантовой теории твердого тела и физики полупроводников. В основе работы полупроводниковых электронных приборов и устройств лежат следующие важнейшие свойства полупроводников:

• одновременное существование двух типов подвижных носителей заряда (отрицательных – электронов проводимости и положительных – дырок), что обуславливает два типа электропроводности – электронную и дырочную;

• сильная зависимость величины и типа электропроводности от концентрации и типа атомов примеси;

• высокая чувствительность свойств полупроводников к внешним воздействиям (свет, тепло, электрические и магнитные поля, механические напряжения и т.д.);

• возникновение на границе областей полупроводника с различными типами электропроводности электронно-дырочного перехода (p-n перехода).

Решающее значение для полупроводниковой электроники имеет эффект управления током закрытого перехода с помощью тока открытого перехода, а также эффект модуляции проводимости приповерхностного слоя полупроводника поперечным электрическим полем. Именно на основе этих эффектов работают полупроводниковые приборы основного типа – биполярные и полевые транзисторы, которые определили коренные изменения в радиоэлектронной аппаратуре и ЭВМ и обеспечили широкое применение систем автоматического управления в технике.

Знание физических процессов, проходящих в электронно-дырочном переходе, обеспечит понимание работы диодов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, что является необходимым условием для освоения схемотехники аналоговых устройств и инженерных методов расчета электронных схем.

1. Физические процессы в p-n переходе

1.1. Понятие электронно-дырочного перехода

Электрическим переходом называется переходный слой между областями твердого тела с различными типами или значениями проводимости. Например, между областями полупроводников n- и p-типов, металлом и полупроводником, диэлектриком и полупроводником и т.д.

Электрический переход между областями полупроводника с электропроводностью p- и n-типов называют электронно-дырочным переходом или p-n переходом.

По конструктивно-технологическим особенностям электрических переходов различают: точечные, микросплавные, сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, поликристаллические переходы. Перспективным методом формирования p-n перехода является метод ионного внедрения или ионной имплантации примеси. Суть метода состоит в бомбардировке полупроводника ионами примеси с энергией в несколько десятков килоэлектронвольт. Необходимую энергию ионы получают при ускорении в электрическом поле ионно-лучевого ускорителя. Перспективность данного метода заключается в возможности проводить управляемое легирование поверхностных и подповерхностных слоев полупроводника точно дозированными количествами почти любых химических элементов при относительно низкой температуре полупроводника.

По характеру распределения концентрации примеси различают резкие и плавные p-n переходы. Переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси значительно меньше толщины p-n перехода, называют резким p-n переходом. Переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси сравнима или больше толщины p-n перехода, называют плавным p-n переходом.