Міністерство освіти і науки україни
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ „ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Капустій Б. О., Островський І. П.
ЕЛЕКТРИЧНІ ПЕРЕХОДИ
Конспект лекцій
з навчальних дисциплін
„Компонентна база радіоелектронних засобів”
та „Технічна електроніка» для студентів напрямів підготовки
6.050901 „Радіотехніка” та 6.050903 „Телекомунікації”
Затверджено
на засіданні кафедри
теоретичної радіотехніки
та радіовимірювань.
Протокол № 7
від 26 березня 2010 р.
Львів - 2010
Електричні переходи. Конспект лекцій з навчальних дисциплін „Компонентна база радіоелектронних засобів” та „Технічна електроніка» для студентів напрямів підготовки 6.050901 „Радіотехніка” та 6.050903 „Телекомунікації” / Упорядники: Капустій Б. О., Островський І. П. – Львів, Національний університет „Львівська політехніка”, 2010 – 18 с.
Упорядники: Капустій Б. О., доц., канд. техн. наук
Островський І. П., доц., канд. техн. наук
Рецензент: Бондарєв А. П., доц., доктор техн. наук
Відповідальний за випуск: Капустій Б. О., доц., канд. техн. наук
Комп’ютерне верстання: Тимошенко С. В.
© Національний університет
«Львівська політехніка», 2010
1. Типи електричних переходів
Електричний перехід у напівпровіднику – це приграничний шар між двома областями, фізичні характеристики яких суттєво відрізняються.
Переходи між двома областями напівпровідника з різним типом електропровідності називають електронно-дірковими або р-n переходами.
Переходи між двома областями напівпровідника з однаковим типом електропровідності (n- або р-типом), які відрізняються концентрацією домішок і відповідно значенням питомої провідності, називають електронно-електронними (n+-n) або дірково-дірковими (p+-p) переходами, причому знак «+» в позначенні однієї з областей показує, що концентрація носіїв заряду одного типу в цій області значно вища, ніж в іншій.
Переходи між двома напівпровідниками, які мають різну ширину забороненої зони, називають гетеропереходами. Якщо ж одна з областей, утворюючих цей перехід, являється металом, то такий перехід називають переходом метал-напівпровідник.
2. Електронно-дірковий перехід
2.1. Утворення електронно-діркового переходу
Електронно-дірковий перехід, у якого концентрації основних носіїв заряду в областях приблизно рівні pp0≈nn0, називається симетричним, а якщо ж різні (nn0 >> pp0 або pp0 >> nn0) і відрізняються в 100÷1000 разів, то такі p-n переходи називаються несиметричними. Несиметричні переходи поширені більше, ніж симетричні.
Залежно від характеру розподілу домішок, які забезпечують потрібний тип електропровідності в областях, розрізняють два види переходів: різкий (ступінчастий ) і плавний. В різкому переході концентрації домішок на границі розподілу областей змінюються на віддалі, співрозмірній з дифузійною довжиною, а в плавному – на віддалі, значно більшій від дифузійної довжини.
Різкість границі відіграє суттєву роль, оскільки в плавному переході важко отримати вентильні властивості, які необхідні для роботи діодів і транзисторів.
Нехай концентрація дірок в області напівпровідника з електропровідністю p-типу набагато перевищує концентрацію електронів в області з електропровідністю n-типу.
У результаті дифузії частина дірок з p-області переходить в n-область. Біля границі n-області виникають надлишкові носії додатного заряду, які будуть рекомбінувати з електронами. Відповідно в цій зоні зменшиться концентрація вільних електронів і утвориться область нескомпенсованих додатних іонів донорної домішки. В p-області відхід дірок із приграничного шару сприяє утворенню там області з нескомпенсованими від’ємними іонами акцепторної домішки.
Таким же чином відбувається дифузійне переміщення електронів з n-області в p-область. Однак у зв’язку з малою концентрацією електронів порівняно з концентрацією дірок їх переміщенням у першому наближенні можна знехтувати.
Оскільки у рівноважній системі рівень Фермі повинен бути єдиним, дифузійне переміщення носіїв зарядів буде продовжуватися до тих пір, поки рівні Фермі обох приграничних шарів не вирівняються.
Утворена область нерухомих просторових зарядів (іонів) і є областю p-n переходу. В ній спостерігається знижена концентрація основних носіїв заряду, а отже p-n перехід має підвищений опір, який визначає електричний опір всієї системи.