69004

ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В р-n ПЕРЕХОДІ ПРИ ДІЇ ЗОВНІШНЬОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ НАПРУГИ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Оскільки концентрація рухомих носіїв заряду в рп переході менша ніж в областях п та р напівпровідника опір рп переходу буде більший ніж опір області п та р тому можна вважати що вся напруга прикладається до рп переходу При дії зовнішньої напруги порушується рівновага між дифузійним і дрейфовим струмами в рп переході...

Украинкский

2014-09-28

105.5 KB

2 чел.

ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В р-n ПЕРЕХОДІ ПРИ ДІЇ ЗОВНІШНЬОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ НАПРУГИ.

4.1. Процеси в р-п переході при прямій напрузі. Інжекція.

При роботі н/п прибору до областей р та п подається зовнішня напруга U.

Оскільки концентрація рухомих носіїв заряду в р-п переході менша, ніж в областях п та р напівпровідника, опір р-п переходу буде більший, ніж опір області п та р, тому можна вважати, що вся напруга прикладається до р-п переходу

При дії зовнішньої напруги порушується рівновага між дифузійним і дрейфовим струмами в р-п переході і крізь нього буде проходити електричний струм. Полярність і рівень прикладеної напруги визначають властивості р-п переходу

Зовнішня напруга може бути прямою Uпр і зворотньою Uзв. При прямому гбдютючєнні зовнішня напруга Uщ прикладається плюсом до р-області, мінусом до п-області. Вона буде протилежною за знаком до контактної різниці потенціалів < (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Прикладання прямої напруги до р-п переходу

У цьому випадку сумарна напруга р-п переходу %де дорівнювати різниці
(%-^ЛІрХ що зменшує потенціальний бар'єр, який перешкоджає руху
неосновних носіїв заряду (дірок в ю-область та електронів в ^область). Основні
носії заряду змішуються вглиб переходу, перехід звужується (зменшується
область нескомпенсованого заряду) (рис. 4.2,
а). / - / .,


Рис. 4.2>Р-п перехід під дією прямої напруги: а - структура; б -розподіл потенціалу;^ -розподіл кпнцедтршну-

\ Звуження пфеходу Іфїізводнть др зменшеьшя його опору.


Умовно взявши потенціал діркової області за О, можеш зобразити розподіл Штенціалу вздовж напівпровідника (рис. 4.2, б). Розподш "Копцеїгграцц: носіїв Ітрів€яеисгіїарис:4;%*в.

Зменшення потенціального бар'єру призводить до збільшення дифузії основних носіїв заряду в області, де вони є неосновними (діркяі^в я-область, ешктронйг- в р-область). Цей процес звуть іююекцією носіїв.

Інжекція - це процес переносу основних носіїв заряду крізь перехід при-

ЧИЩЕННІ ВИШТИ П^Т^ЇЇ1ІПТЇЇІТТПГ^ ^Пр?пру * п^тпгп. т^я^^щ^вІТТНУУ3: --Я*-*^-****

стаю^тнсосновш^ш.    ; -       ;   ^^ ^^^м^! ь<?т-*'-з]**ь v  ^-^;.

Область напівпровідника, що інжектує дірки, називається емітером, а обдасть, куди вони інжеасіуються - базою.

При інжекції зростає дифузійний струм, а дрейфовий струм, який визначається концентрацією неосновних носив, майже не зміниться. Цр порушує рівновагу між цими струмами: /даф>/др. При цьому з'являється сумарний струм, котрий має назву прямого( с ^ у ч^у е ^г 0 ^ ^ ^ ^ 7^

•чір~~ •'диф"' -'дрт^

-Чф~Лдаф

Визначимо, як зміниться густина струму ежктронів с/даф^ та дірок с/ДИф ^ в         ^
, р-п^пфеході при прямій напрузі. , ,

Як відомо сД ф:,^ои^ иХ     С^/'^1 " „Г^ °(< Сч/ \
"
^ ф [ ^ ЛІ

т — /7/}        . •     Г &Т)    

о/ДИф^-6^   ^'^ДНф*-^^

Т     \   ,ч,^» и;0 9У*£ . Ш^- „ -

-^ш знйхбджшЕШ густини струмів треба знайти закон зміни концентрації носив в областях н/п.

На рис 4.2, в показано розподіл концентрації дірок та електронів вздовж структури для Л/а » Л^д. Концентрація електронів на межі р-п переходу визначається формулою

Одз

«о-^'т; ^ Л

а концентрація електронів в іржйма/т-юбласіібуде   з^^ои^^ -е^сі/^^/

_£^ .і ^ ^   -^ ^   -   '

й^=^«   "

Аналогічно для дірок

^ -е<&

Р*=РпЄ*Т >Рп = РрЄ   *Т _^0

Е^иріст концентрації дірок (гртЩенг концентрації дірок) в «області з межі переходам до рівнярп буде

еЦщ> Ґ   Цу        Ч

&Р=Р*-Рп=РпЄ*Т   ~Рп = Рп   **Т 

V /

Тоді на відстані Лс *шк м^жою пдреуо^ х=$ дсу/?^уй? де концентрація дірок
зменшується в
е разів, буде   гусаче* 9и9Ц/^^^' ^ио«- о   ^ ,   /к^


г V /

де£р - дифузійна довжина дірок в «-області (відстань» на якій концентрація дірок зменшується в е разів). Ьх=сЬс.

Аналогічно, густина прямого струму в ^-області для електронів з я0 ДО пп буде (рис. 4.3)

X  N.

Рис. 4.3 Закон зміни густини електронного та діркового струмів Сумарна густина прямого струму визначається за формулою

^4^^РМ-

р \   т         т    \\

V ьр        ь«  А )

Цж Л^»^ густина струму електронів в /т-області незначна (/„«Ц,), а в області велика в

4.2     Процеси вр-п переході при зворотній напрузі. Екстракція

Зворотнє підключення виникає при ^икшданні зовнішньої напруги плюсом до я-області, мінусом до /м^шспх^В цьому випадку вона буде збігатись за напрямом з контактною різницею потенціалів. Цр призводить до зростання потенціального бар'єру на переході.

^=^»+Рк


Рис. 4д. Р-п перехід під зворотньою напругою: а - структура, б - розподіл потенціалу.

При зворотній напрузі <^дювш неш веднтов>у<УІьс^ вщ перетоку, що збільшує^ в ньому об'ємний нескомпенсований заряд нерухоих іонів. 1£ збільшує йвіх) товщину. ***•** ^? °?

<у = [2І£(Л + І/ )

^ли^к    зв'

т^         - - * • /

Юлькість  основних носив  з^дпу,   здатних здйнжх проходиш крізь  ^ потенціальний бар'єр, різко зменшується, кількість неосновних носіїв заряду, що проходять крізь перехід, збільшується, але їх мало. 1^ явище називається екстракцією носив.

Екстракція - це явище руху неосновних носіїв заряду крізь перехід при дії на нього зворотньої напруги.

При зворотній напрузі дифузійний струм переходу буде менший за

ДреЙфоВИЙ /Др>/диф.

Нзницю /др-/диф прийнято називати зворотнім струмом (струмом екстракції)/

^Лв=4р-4иф^о

* Лв~4р


Він має напрямок, протилежний прямому струму, аж набагато менший за нього, тому що кількість неосновних носіїв заряду через перехід дуже мала;

Лв<</™.

Струм екстракції обумовлений носіями зарядів, які виникають завдяки термогенерації. Тому його ще називають тепловим струмом /о.

4г=/о

Висновок:   елжтронно-дірковий перехід має несиметричну провідність - у прямому напрямку його провідність значно більша., ніж у зворотньому.

4.3     Вольт-амперна характеристика р-п переходу

Зв'язок між струмом і напругою І=$(Ц) р-п переходу визначається вояьт-амперною характеристикою (ВАХ). її рівняння знаходиться з рівняння для густини повного прямого струму

/д,д. дярУД  '

су   — С- І II   ^ •»•

\ *•>   м   ;

ДЄ ф   = ТвШЮВИИ ПОТеНШдЛ. ^ гч й а ,/

/^       £І- ч&уч>,\\*   ^^Хл^Л^Ї/)'^    ^®   ?/мЬг''^/і-

7  ГЬмйоживпїи праву1 частину цьо^о виразу на площу пффізу переходу 5, знайдемо вираз для струму та напруги

( —    \
1 = 1,
^-1. ^ (^

\ )

де /0 = 5а    ^ я +   * р   - зворотній струм (тепловий). Тоді

{ ьр      Ь" ) _

ч^КН ~

Рівняння (1) і є рівнянням ВАХпереходу. Графік ВАХ зображено нарис. 4.Д


Рис. 4.}Вольт-амперна характеристика переходу

£~

^Рреф^В/^ез^шу^Щю орщ^шуіірш^кл^ переиоду,;

Т^Л'\7"         ,      ,-ц  .^-«^ -ут . — \ТС'' -пга.т.І.гит -^т  " -г»     " А*»»

огл^л. рса;.ІьиОІО //-/і ІІсрс^ОдуТвід|^і^±Іл^:І±АлІ Бщ іДетльКОГО. ьОНа, ІІрОХОдп.І±>

нижче, що відповідає більшому зворотньому та меншому прямому струму. Менший нахил прямої гілки пояснюється наявністю падіння частини напруга на опорі областей н/п, прилеглих до переходу, та контактах Іщх областей з виводами, а також наявністю струму рекомбінації носіїв в переході (рис. 4.$). ^

•   "'"'•         ІЇ -.>/ ' ; і V '•л' с -'    /X,        • /;- ; ' * :;;'         ' ч»/-  Й :> Є> і^/чГ''ГГ/•> -- ^

Рис. 4.§ Схема заміщенняр-я переходу

. -     ,:- ..'•.••    ..v    v   ^ '/•  -/»^; • - •.> , :оо

Тоді прикщцена до р-п переходу напруга V буце сжщцатися з напруги, яка падає на переході Ц~ та на інших опорах Ц^

^=с/^ + с/гть(І+І1+/5,

Ч^о     )

№явнісіь другої складової призводить до того, що реальна характеристика буде проходити нижче. <^с< ^Д/ ч^, о^% 6^ч^€ /ЬІ^^ ^

Єтр>м рекомбінації в переході Являється завдяки появі в ньому при прямій напрузі основних носіїв заряду,, щ»зшс впливає па ВЛХ

лг -Іг_/ л.     *-\/^ ^

При зворотній напрузі  з'являється зворотній  струм.   Його значення

\ Г«л*гС»>С І

визначається   концентрацією   неосновних   носив   заряду^ тдариною   зони заборони, термогенерацією зарядів в переході /т, слрумб/'поверхневого витоку

/ВТ-

^      /„=*0+/т+/вт

Г|)и досягненні напруги Цв „акс зворотній струм робгаь стрибок. Цг явище називається пробоєм переходу.

* Цробій  може  бути  зворотним  і  незворотним.   Нгзворотййй пробій с^ї^жоджується Ікре^явом і незворотжмІІ процесами.

Таким чином, ВАХ підтверджує характф зміни струцу переходу Іфи зміні напруги: при прямих напругах струм великий, при зворотній - малий, 76^! ь

Півпдінка ВАХ залежить від типу напівпровідника ЬЬ рис. 4$ наведено /
дві ВАХ - германію і силіцію.
^^

^^.  .^;,...


Рис. 4.І>   ВАХ германію та силіцію

У силіцію прямий та зворотній струми меннгі^ ніж у германію. Наприклад, зворотній струм силіцієвого переходу /озі у тисячі разів менший струму германієвого переходу /Оое. цр визначається тим, що силіцій має меншу за германій рухомість носіїв заряду і їх концентрацію, і тому більший у 1,5 - 2 рази питомий опір бази, тобто більше пряме падіння напруги і менші прямий і зворотній струми.

Крім того, силіцій має низький частотний діапазон, аж більшу допустиму робочу напругу (1000 - 1500 В) ніж германій (100 - 400 В), а також більшу максимальну температуру (до +150РС) ніж германій (до -Ь85°ІС). Л >,

Дві останні властивості визначаються тим, що снліціЗД притаманна більша,; зон$ заборони, ніж германід тобто його валентні електрони міцніше зв'язані з атомами, тому для їх відриву потрібна більша енергія іонізації.

4.4     Основні вл асти вості /ьл переходу

Кожна властивість переходу лежить в основі роботи напівпровідникових діодів різних типів:

однобічна провідність - випрямних діодів,

оборотний (електричний)^,обш — стабілітронів,

залежність ємності переходу від напруга - варікапів,

тунельний ефект - тунельних діодів,

випромінювання світла - світлодіодів,

поява провідності при освітлюванні - фотодіодів,

поява провідності при дії магнітного поля - магттодіодів,

ефект ІІЬтткі - діодів ІІЬтткі і т. інш.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43169. Дистанционное зондирование Земли из космоса 412.04 KB
  Система правового регулирования ДЗЗ в России и в мире 9 Глава 1. Общие понятия ДЗЗ 9 Глава 2. Международноправовые акты регулирующие ДЗЗ 10 Глава 3. Ранее являясь исключительно прерогативой военных структур сегодня ДЗЗ решает множество гражданских задач и является крайне важной для обеспечения защиты окружающей природной среды разведки полезных ископаемых кадастрового учета и иных направлений деятельности.
43171. Продвижение Шри-Ланки, как туристической зоны 213 KB
  Остров ШриЛанка удивителен и разносторонен на нём прекрасная природа древняя интересная культура насыщенная история и разные религии. Столицей считается Коломбо хотя на самом деле она коммерческий центр страны и крупный развивающийся город административная столица же ШриДжайяварданапура. На ШриЛанке можно отдохнуть просто пролежав под тёплым солнцем но на самом деле на этом острове есть что посмотреть и если предлагать хотя бы лёгкий вариант экскурсий туристам то они увлекутся и вернуться ещё раз и на этот раз не...
43172. Анализ и изучение налоговой системы России 255.5 KB
  Особенность налоговой системы Российской Федерации состоит еще и в том что законодательство регулирующее эту область жизни общества ещё не обрело необходимой стабильности поскольку не достигло сбалансированности чёткости и обоснованности способной удовлетворить все нужды современного российского общества. Актуальность выбранной темы характеризуется тем что одним из важнейших условий стабилизации финансовой системы любого государства является обеспечение устойчивого сбора налогов надлежащей дисциплины налогоплательщиков. В современных...
43173. Разработка 3D модели манипулятора в MASM32 1.36 MB
  В данной работе используются WinApi (Application Programming Interface) функции. Они позволяют пользователю в полной мере использовать все функции предоставленные операционной системой. Одними из областей применения этих функций являются консоли, операции с буфером обмена, управление памятью, управление окнами, файлами, процессами и потоками и т.д. Для построения модели манипулятора с помощью этих функций используется алгоритм видового преобразования, выполняющий умножение матриц и векторов.
43174. Логгер температуры 3.06 MB
  На практике для измерения температуры используют жидкостные и механические термометры термопару термометр сопротивления газовый термометр пирометр термометр сопротивления логгер температуры Так как тема дпнного курсового проекта о логгере то далее рассказ пойдет о них. Существуют несколько видов логгеров: а логгер температуры; б логгер влажности и температуры; в логгер со встроенными сенсорами; г логгер напряжения и тока; д логгер с гнездом для внешних зондов; елоггер температуры с расчетом точки росы; жлоггер для...
43175. Расчет рычажного механизма 5.53 MB
  Структурный анализ рычажного механизма. Определение расчетного положения механизма. Построение плана механизма в расчетном положении. Структурная схема рычажного механизма показанная. Структурная схема механизма.
43176. Плановая геодезическая основа для строительства промышленного комплекса 5.36 MB
  На данной территории с севера на юг протекает река Быстрая. Река имеет ширину около 50 метров и скорость течения 0,2 м/с, глубина 7 метров. Берега реки пологие, высотой около 1 метра и имеют растительный покров. Берега реки обусловлены небольшим количеством болот. Дата установления ледяного покрова приходится в начале ноября, а вскрытие в начале апреля. Глубина залегания грунтовых вод от 4 до 5 м. На юге есть 2 небольших пруда.
43177. Главная линия рабочей клети № 6 черновой группы стана 2000 10.58 MB
  Листовой горячекатаный прокат производится на непрерывных и полунепрерывных широкополосных станах горячей прокатки (примерно 3/4 общего объема производства), полосовых станах с моталками в печах, планетарных и толстолистовых станах. В настоящее время наиболее эффективным способом производства горячекатаных листов и полос является прокатка в непрерывных и полунепрерывных станах. На этих станах прокатывается также подкат для станов холодной прокатки. Современные широкополосные станы горячей прокатки рассчитаны на прокатку полос широкого сортамента (толщина от 0,8-1,2 до 16-25 мм, ширина 600-2300 мм). Масса прокатываемых слябов до 6-7 млн. т/год