механізм переходу p-n перходу

механізм переходу p-n перходу

p-n переход создают в естественном полупроводнике легированием донорными и акцепторными примесями по разные стороны от границы раздела. При этом область, в которую вводились донорные примеси становится n-областью с электронной проводимостью, область в которую ввели акцепторные примеси - p-областью с преимущественной дырочной проводимостью. Так как в n- области концентрация электронов больше (в сравнении с концентрацией дырок), а в p- области наоборот, то электроны диффундируют из n- области, в p- область, а дырки в обратном направлении.

pn переход это тонкая область, которая образуется в том месте, где контактируют два полупроводника разного типа проводимости. Каждый из этих полупроводников электрически нейтрален. Основным условием является то что в одном полупроводнике основные носители заряда это электроны а в другом дырки. При контакте таких полупроводников в результате диффузии зарядов дырка из p области попадает в n область. Она тут же рекомбенирует с одним из электронов в этой области. В результате этого в n области появляется избыточный положительный заряд. А в p области избыточный отрицательный заряд.

P-n-переход нельзя получить механическим соединением двух кристаллов с различными типами проводимости. Основные носители тока — дырки в р-области и свободные электроны в n-области — диффундируют из одной области в другую. Вследствие рекомбинации (взаимной нейтрализации зарядов) электронов и дырок между областями р и n образуется слой полупроводника, обедненный носителями тока (запирающий слой).  В результате этого в месте р-n-перехода возникает электрическое поле, направленное из n-области к p-области и препятствующее дальнейшей диффузии дырок и электронов. В р-n-переходе образуется разность электрических потенциалов, т. е. возникает так называемый потенциальный барьер.

Рассмотренные переходы основных носителей сформируют плотность тока основных носителей через переход: . (4.38). В состоянии равновесия этот ток будет компенсироваться током неосновных носителей, формируемым неосновными носителями - дырками -области и электронами -области.  Потенциальные пороги вблизи p-n- перехода при прямом и обратном включении внешнего напряжения на нем. Рис. 4.23. Зависимость тока основных и неосновных носителей через p-n- переход от напряжения на нем, ВАХ p-n- перехода.

Свойства p-n-перехода. Примесные полупроводники. Донорная примесь: основные носители заряда - свободные электроны. Остается положительный ион примеси. Акцепторная примесь: основные носители заряда—дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контактадонорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход). Свойства р-п-перехода.  Существует ток основных носителей заряда. p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении. (свойство односторонней проводимости). Полупроводниковый диод. Схематическое изображение. Направление стрелки указывает направление тока. Устройство диода.

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющий 2 вывода. Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 1.2, а, б. Буквами p и n обозначены слои полупроводника с проводимостями соответственно p-типа и n-типа. Обычно концентрации основных носителей заряда (дырок в слое p и электронов в слое n ) сильно различаются. Слой полупроводника, имеющий большую концентрацию, называют эмиттером, а имеющий меньшую концентрацию — базой.

Электронно-дырочным переходом (p-n-переходом) называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную электропроводность. Схематически образование p-n-перехода можно представить как соприкосновение двух полупроводников с различным типом электропроводности (рис. 1.1.1). До соприкосновения в обоих полупроводниках электроны, дырки и неподвижные ионы были распределены равномерно (рис. 1.1.1,а). При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация электронов и дырок.

Обратносмещённый p-n переход - это переход, находящийся под обратным напряжением, то есть к p-области подключен отрицательный полюс внешнего источника питания, а к n-области - положительный. Схема включения обратносмещённого p-n перехода: Схема включения обратносмещённого p-n перехода. Схема включения обратносмещённого p-n перехода. При этом диаграмма распределения потенциала имеет вид: Диаграмма распределения потенциала для обратносмещённого p-n перехода. Диаграмма распределения пносмещённого p-n перехода. Энергетическая диаграмма обратносмещённого p-n перехода имеет вид: Энергетическая ди

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ p – n ПЕРЕХОДОВ Методические указания к лабораторной работе. Ф-6 а,б по курсу общей физики. Под редакцией Л.К. Мартинсона 1989г. В работе изучаются выпрямляющие и туннельные свойства p-n переходов, излагается теория этих свойств и описываются экспериментальные методы определения характер-ных параметров полупроводниковых диодов. Работа предназначена для студентов в ка-честве методического указания к выполнению лабораторной работы.

Переходы p+-n, p-n, n+-p, n-p типов являются основой полупровод-никовых диодов, биполярных транзисторов и микросхем. Физические процессы в p-n переходах в стационарных и переходных режимах обусловливают, наряду с процессами в относительно низколегированных (базовых) областях, особенности амплитудно-временных характеристик переходных токов и напряжений. Изучение закономерностей их протекания является предметом длительных исследований, выполняемых с целью совершенствования статических и динамических электрических параметров полупроводниковых приборов и микросхем.

Электpонно - дырочный переход является основой всех полупроводниковых приборов. Он образуется на границе двух полупроводников с разным типом проводимости (pис. 1.4). Механизм образования p-n перехода таков. При соединении двух типов полупроводников закон диффузии заставляет перемещаться дырки в область n, а электроны в область p. Как тольно носители переходят границу раздела полупроводников, они оказываются среди множества носителей противоположного знака и рекомбинируют, превращаясь в нейтральные атомы.

СтатьяОбсуждениеПросмотрИстория. Далее… Электронно-дырочный переход (сокращенно n-р-переход) возникает в полупроводниковом кристалле, имеющем одновременно области с n-типа (содержит донорные примеси) и р-типа (с акцепторными примесями) прово-димостями на границе между этими областями. Допустим, у нас есть кристалл, в котором справа находится область полупроводника с дырочной, а слева — с электронной проводимостью (рис. 1). Благодаря тепловому движению при образовании контакта электроны из

p-n-ПЕРЕХО́Д (электронно-дырочный переход), область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа электрич. проводимости (от электронной n к дырочной p). Поскольку в р-области p-n-П. концентрация дырок гораздо выше, чем в n-области, дырки из р-области стремятся диффундировать в n-область, а электроны – в р-область.  Т. к. акцепторные и донорные атомы неподвижны, то в области p-n-П. образуется двойной слой пространственного заряда – отрицательные заряды в р-области и положительные заряды в n-области (рис. 1). Возникающее при этом контактное электрич. поле противодействует диффузии свободных носителей заряда через p-n-П.

Плоскостной p-n-переход представляет собой слоисто-контактный элемент в объеме кристалла на границе двух полупроводников с проводимостями p- и n-типов (рис. 1.2, а). В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем применяются переходы типа р+- n- или р- п+ переходы. Индекс «+» подчеркивает большую электропроводность данной области монокристалла. Рис. 1.2 Плоскостный (а) и точечный (б) p-n переходы. Рассмотрим физические процессы в плоскостном p-n-переходе (рис. 1.3).

P-n переход при прямом и обратном напряжении. Напряжение, приложенное к p-n переходу, называется прямым, если оно приложено «плюсом» к p-области и минусом к n-области, обратным наоборот. Напряжение, приложенное к переходу называется также смещением перехода. При прямом смещении ( ) источник создает поток электронов, который проникает в n-область и вместе с основными электронами n-области эти внесенные электроны дрейфуют по направлению границы. Аналогично и в p-области: от источника поступают дополнительные дырки, которые вместе с основными дырками дрейфуют к границе.

Полупроводниковые приборы.Образование p-n-перехода. Диоды.  Переход оказывается включенным в запорном направлении. К неосновным носителям (электроны проводимости в p-области и дырки в n-области) сказанное не относится. Их прохождению через граничный слой приложенное напряжение не препятствует. Возникает ток неосновных носителей, называемый обратным током. Поскольку концентрация неосновных носителей значительно ниже, чем основных, обратный ток существенно меньше прямого. Поэтому говорят, что p-n-переход обладает выпрямляющим эффектом. Емкостные свойства электронно-дырочного перехода.

p-n переход. При контакте слоев с различными типами проводимости (p- и n-слоев) часть электронов проводимости переходит из n-слоя в p-слой и происходит их рекомбинация с дырками (То есть отрицательный электрон закрывает положительно заряженную дырку, и вместе их заряд равен нулю). Часть атомов акцепторной примеси (алюминия, бора), имеющих отрицательный заряд, не компенсируется положительным зарядом дырок, и в этой области p-слоя возникает отрицательный объемный заряд. Электроны, ушедшие из n-слоя, перестают компенсировать положительный заряд атомов донорной примеси (фосфор, сурьма, мышьяк), и