Электронно-дырочный переход

1.

Электроника
Тема лекции: Электронно-дырочный
переход
§ 3 Неравновесное состояние p-n перехода
Лекторы:
Елфимов Вячеслав Ильич
к.т.н., профессор каф. РЭИС
Дурнаков Андрей Адольфович
ст. преподаватель каф. РЭИС
Разработчики:
Елфимов В.И., Дурнаков А.А.

2.

Неравновесное состояние p-n перехода
1.
2.
3.
Допущения
Приложенное к полупроводнику напряжение
падает на p-n переходе.
U
U
пр
к
обр
U
пробоя
2

3. § 3.1. Прямосмещенный p-n переход

Неравновесное состояние p-n перехода
§ 3.1. Прямосмещенный p-n переход
Прямое смещение перехода: к p-области
подключен положительный полюс источника
напряжения, а к n-области – отрицательный.
Ширина прямосмещенного p-n перехода:
U
к
пр
l l
пр 0
к
Высота потенциального барьера :
U
пр
к
пр
i
D
i
N А NД
E
i
i
Dp
Dn
3

4.

Неравновесное состояние p-n перехода
Eк
«p»
+
«n»
-
l пр
Eвн
+
Uпр
1
( x)
к
2
( к Uпр )
lпр
l0
x
Прямое смещение p-n перехода и потенциальный барьер
4

5.

Неравновесное состояние p-n перехода
Инжекцией называется процесс нагнетания
(введения) носителей заряда через p-n переход
при понижении высоты потенциального барьера
в область полупроводника, для которого они
являются неосновными носителями заряда.
В несимметричном переходе инжекция
имеет односторонний характер.
5

6.

Неравновесное состояние p-n перехода
Область, инжектирующая носители заряда,
называется эмиттером. Эта область сильно
легирована примесями и имеет низкое удельное
сопротивление.
Область,
в
которую
инжектируются
неосновные
для
нее
носители
заряда,
называется базой. База меньше легирована
примесями и имеет большее значение
удельного сопротивления.
6

7.

Неравновесное состояние p-n перехода
В результате инжекции в p- и n-областях на
границах перехода окажутся дополнительные носители
заряда, неосновные для данной области.
В каждом
носители:
из
слоев
появляются
избыточные
p p exp(U
) 1
пр Т
n
n0
n n
exp(U
) 1
пр T
p
p 0
7

8.

Неравновесное состояние p-n перехода
Коэффициент инжекции показывает какую часть
полного тока создают основные носители эмиттера
i
(i
Dp
DP
i
Dn
)
8

9.

Неравновесное состояние p-n перехода
Eвн
Eк
«p»
W(х)
«n»
iEn
-
-
e e( к Uпр )
iDn
WЗ
-
-
WП
-
WF
+
+
+
+
WСР
+
+
iDp
iEp
+
WB
+
+
lпр
x
Энергетическая диаграмма прямосмещенного p-n перехода
9

10. § 3.2. Обратносмещенный p-n переход

Неравновесное состояние p-n перехода
§ 3.2. Обратносмещенный p-n переход
Обратное смещение p-n перехода: к
p-области подключен отрицательный полюс
внешнего источника напряжения, а к nобласти – положительный.
Ширина обратносмещенного p-n перехода:
U
U
к
обр
обр
l
l
l
обр 0
0
к
к
Высота потенциального барьера :
U
обр
к
обр
10

11.

Неравновесное состояние p-n перехода
Eвн
Eк
«p»
«n»
−
+
l обр
−
U обр
+
2
( x)
( к Uобр )
1
к
l0
lобр
x
Обратное смещение p-n перехода и потенциальный барьер
11

12.

Неравновесное состояние p-n перехода
Экстракцией
называется
извлечение
неосновных носителей заряда из областей,
прилегающих к p-n переходу на расстоянии
диффузионной длины, возникающее при
увеличении высоты потенциального барьера.
i 0;
D
I
обр
I
E
NА NД iЕ p iEn
Экстракция происходит из базы в эмиттер.
12

13.

Неравновесное состояние p-n перехода
«p»
p(x), n(x)
pp 10 см
18
«n»
1
nn 1015 см 1
pn 1011 см 1
np 108 см 1
0
Ln
lобр
Lp
x
Распределение концентраций носителей
13

14.

Неравновесное состояние p-n перехода
«p»
«n»
W(х)
Eвн
Eк
-
-
iEn
WЗ
e e( к Uобр )
-
-
-
-
WП
WF
+
0
+
+
+
+
Wср
+
iE p
lобр
+
WB
+
+
x
Энергетическая диаграмма обратносмещенного p-n перехода
14

15. Выводы

Неравновесное состояние p-n перехода
Выводы
1. Если подключить источник э.д.с. U между p- и n-слоями,
то равновесие перехода нарушится и в цепи потечет
ток. Поскольку удельное сопротивление обедненного
слоя намного выше, чем удельные сопротивления
нейтральных слоев, то внешнее напряжение
практически полностью падает на переходе и изменяет
высоту потенциального барьера.
2. В несимметричном переходе инжекция имеет
односторонний характер: из эмиттера в базу
нагнетаются неосновные для базы носители заряда.
15

16. Выводы

Неравновесное состояние p-n перехода
Выводы
3. Дрейфовый ток несимметричного перехода создается
преимущественно неосновными носителями заряда
базы, т.е. преобладает экстракция неосновных
носителей заряда из базы.
16