- •1. Уровни энергии электронов в кристалле.
- •2. Тепловая генерация электронно-дырочных пар
- •3. Энергия электронов в кристалле полупроводника
- •4. Проводимость полупроводников
- •5. Примесные полупроводники
- •6. Понятие о фононах
- •1. Концентрация носителей заряда в собственном полупроводнике
- •2. Концентрация носителей заряда
- •3. Электропроводность полупроводников
- •4. Эффект Холла
- •1. Собственное поглощение света при прямых переходах
- •2. Собственное поглощение света при непрямых переходах
- •3. Примесное поглощение света
- •4. Равновесные и неравновесные носители заряда
- •5. Механизмы рекомбинации
- •6. Поверхностная рекомбинация
- •7. Релаксация неравновесных носителей заряда
- •8. Фотопроводимость
- •1. Электронно-дырочный переход
- •2. Равновесное состояние р-n-перехода
- •3. Контактная разность потенциалов
- •4. Толщина р-n-перехода
- •5. Токи в равновесном р-n-переходе
- •8. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода
- •9. Барьерная емкость р-n-перехода
- •10. Пробой р-n-перехода
- •1. Вырожденные полупроводники
- •2. Неравновесные носители заряда
- •3. Излучательная рекомбинация
- •4. Прямые и непрямые переходы
- •5. Поглощение и усиление света в полупроводниках
- •6. Принцип действия полупроводникового квантового генератора
- •7. Инжекционные полупроводниковый квантовый генератор
- •8. Зависимость мощности оптического
- •9.Спектр излучения
- •10. Расходимость излучения
1. Электронно-дырочный переход
Прогресс в развитии современной радиоэлектроники связан с использованием контакта двух примесных полупроводников с различным типом проводимости. Такой контакт получил название электронно-дырочного перехода или р-n-перехода.
Пусть внутренней границей раздела двух областей полупроводника с различным типом проводимости является плоскость Х = 0 (рис.3.1.а), слева от нее находится полупроводник р-типа с концентрацией акцепторов Na, справа – полупроводник n-типа с концентрацией доноров Nd.
В n-области основные носители электроны, в р-области – дырки. При не слишком низких температурах эти примеси ионизированы практически полностью. Поэтому концентрация электронов в n-области nnо= Nd, а концентрация дырок в р-области рро= Na. Помимо основных носителей эти области содержат неос-новные носители заряда, которые возникают за счет перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости: в n-области дырки с концентрацией рno, в р-области электроны с npo. Их концентрации можно определить, используя соотношение
nnopno=npoppo=ni2, (3.1)
где ni– собственная концентрация носителей заряда. Если Nd, Na>> ni, то концентрация электронов nnoв n-области много больше концентрации электронов npoв р-области, а концентрация дырок ррoв р-области много больше концентрации дырок рnoв n-области. Такое различие в концентрации однотипных носителей в контактирующих областях приводит к возникновению диффузионных потоков основных носителей заряда: электронов из n-области в р-область (nn→p) и дырок из р-области в n-область (pp→n). При этом электроны, перешедшие в р-область, рекомбинируют вблизи границы раздела с дырками этой области, а дырки, перешедшие в n-область, рекомбинируют вблизи границы раздела с электронами этой области. В результате в приконтактном слое n-области практически не остается свободных электронов и в нем формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных атомов донора. В приконтактном слое р-области практически не остается дырок и в нем формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных атомов акцептора. Внешние границы областей пространственных зарядов можно считать границами р-n-перехода. На рис 3.1.б показано распределение свободных носителей заряда в области р-n-перехода, а на рис.3.1.в неподвижные объемные заряды, образовавшиеся в этом переходе.
2. Равновесное состояние р-n-перехода
Образование заряженных областей – двойного электрического слоя – приводит к возникновению электрического поля и разности потенциалов в р-n-переходе. Направление возникающего поля такового, что оно препятствует движению основных носителей заряда и приводит к снижению диффузионных потоков nn→pиpp→n. Но это же поле не препятствует движению неосновных носителей заряда: Электроны из р-области и дыр-ки из n-области в силу теплового движения, попадая в слой объемного заряда, подхватываются полем и переносятся через р-n-переход, создавая потоки неосновных носителей: электронов из р-области в n-областьnp→nи дырок из n-области в р-областьpn→p.
В первоначальный момент потоки основных носителей значительно превосходят потоки неосновных носителей: nn→p>>np→n,pp→n>>pn→p. Но по мере роста объемного заряда увеличивается разность потенциалов, что уменьшает потоки основных носителей. В то же время потоки неосновных носителей не зависят от разности потенциалов и остаются неизменными. Поэтому разность потенциалов достаточно быстро достигает такой величины, при которой наступает равенство потоков основных и неосновных носителей заряда:nn→p =np→n,pp→n =pn→p. Это соответствует установлению в р-n-переходе состояния динамического равновесия. Электрический ток через переход в равновесии равен нулю.
Разность потенциалов между двумя различными по свойствам областями полупроводника, устанавливающаяся в результате обмена носителями заряда в условиях равновесия, называется контактной разностью потенциалов и обозначается Vk.