p-n-переход

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

p-n-перехо́д или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (p, от англ. positive — положительная) и электронной (n, от англ. negative — отрицательная). Электрические процессы в p-n-переходах являются основой работы полупроводниковых приборов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (диодов, транзисторов и других).

Энергетическая диаграмма p-n-перехода. a) Состояние равновесия; b) При приложенном прямом напряжении; c) При приложенном обратном напряжении.

Области пространственного заряда[править | править вики-текст]

В полупроводнике p-типа, который получается посредством акцепторной примеси, концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа, который получается посредством донорной примеси, концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — основные носители заряда (электроны и дырки) хаотично перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше, и рекомбинируют друг с другом. Как следствие, вблизи границы между областями практически не будет свободных (подвижных) основных носителей заряда, но останутся ионы примесей с нескомпенсированными зарядами[1]. Область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе, получает при этом отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получает положительный заряд, приносимый дырками (точнее, теряет уносимый электронами отрицательный заряд). Эти обеднённые области с неподвижными пространственными зарядами и называют p-n-переходом[2].

Таким образом, на границе полупроводников образуются два слоя с пространственными зарядами противоположного знака, порождающие в переходе электрическое поле. Это поле вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие, и изменение пространственных зарядов прекращается.

Выпрямительные свойства[править | править вики-текст]

Устройство простейшего прибора, основанного на p-n-переходе — полупроводникового диода — и его символическое изображение на принципиальных схемах (треугольник обозначает p-область и указывает направление тока).

Если к слоям полупроводника приложено внешнее напряжение так, что создаваемое им электрическое поле направлено противоположно существующему в переходе полю, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением (на область p-типа подан положительный потенциал относительно области n-типа).

Если внешнее напряжение приложить так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем в переходе, то это приведёт лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда. Диффузионный ток уменьшится настолько, что преобладающим станет малый дрейфовый ток. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением, а протекающий при этом через переход суммарный ток, который определяется в основном тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка, называется обратным током.

Ёмкость p-n перехода[править | править вики-текст]

Ёмкость p-n перехода — это ёмкости объемных зарядов накопленных в полупроводниках на p-n-переходе и за его пределами и зависящие от полярности и значения внешнего напряжения приложенного к переходу. Различают два вида ёмкостей p-n перехода: барьерная и диффузионная ёмкости[3].

Барьерная ёмкость[править | править вики-текст]

Барьерная ёмкость- это ёмкость зависящая от величины потенциального барьера p-n перехода, равная ёмкости плоского конденсатора в котором за слой диэлектрика служит запирающий слой, а обкладками служат p и n области перехода. Соответственно барьерная ёмкость изменяет свою величину при изменении площади запирающего слоя.Возникает при подаче обратного напряжения(обратном смещении).

Диффузионная ёмкость[править | править вики-текст]

Диффузионная емкость обусловлена накоплением в области неосновных для неё носителей(электронов в p области и дырок в n области) при подаче прямого напряжения(прямом смещении). Диффузионная емкость увеличивается при росте прямого напряжения.

Методы формирования p-n перехода[править | править вики-текст]

Вплавление примесей[править | править вики-текст]

При вплавлении , монокристалл нагревают до температуры плавления примеси, после чего часть кристалла растворяется в расплаве примеси. При охлаждении происходит рекристализация монокристалла с материалом примеси.Такой переход называется сплавным переходом.

Диффузия примесей[править | править вики-текст]

В основе технологии получения диффузного перехода лежит метод фотолитографии. Для создания диффузного перехода на поверхность кристалла наносится фоторезистор(фоточувствительное вещество) которое полимеризуется засвечиванием. Неполимеризованные области смываются,производится травление пленки диоксида кремния и в образовавшиеся окна производят диффузию примеси в пластину кремния. Такой переход называется планарным переходом

Эпитаксиальное наращивание[править | править вики-текст]

Сущность эпитаксиального наращивания состоит в разложении некоторых химических соединений с примесью легирующих веществ на кристалле. При разложении эти вещества образуют поверхностный слой,структура которого становится продолжением структуры исходного проводника. Такой переход называется эпитаксиальным переходом[3].

Применение[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Краткая теория, 2002.
  2. Электроника, 1991.
  3. 1 2 Акимова Г. Н. Электронная техника. — Москва: Маршрут, 2003. — С. 28—30. — 290 с. — ISBN ББК 39.2111-08.

Литература[править | править вики-текст]