Upload
ella-kirkland
View
50
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Сегодня: пятница, 7 ноября 2014 г. ТЕМА:Электрические переходы в Ме и в п/п. 1 . Контакт двух металлов. 2. Электронно-дырочный переход. 3. Вентильные свойства р- n перехода. 4. Вольт-амперная характеристика р- n перехода. 5. Емкость р- n перехода. 6. Контакт металл-полупроводник. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Сегодня: четверг, 20 апреля, 2023
ТЕМА:Электрические переходы в Ме и в п/п
1. Контакт двух металлов
2. Электронно-дырочный переход
3. Вентильные свойства р-n перехода
4. Вольт-амперная характеристика р-n перехода
5. Емкость р-n перехода
6. Контакт металл-полупроводник
7. Контакт между п/п одного типа проводимости
8. Гетеропереходы
1. Контакт двух металлов
Энергетическая диаграмма электронов в металле
Энергетические диаграммы электронов двух разнородных металлов
Образование зарядов по разные стороны границы перехода.Изменение концентрации свободных электронов в области перехода
Изменение потенциала электрического поля в области перехода
,21
e
WW
2
1lnn
n
e
kT
Возникновение внутренней и внешней контактной разности потенциалов
e
AA 2121
Термоэлектрические явления
,ln2
1112 n
n
e
kTB
CB2112
2
121 ln
n
n
e
kTT
,ln1
2221 n
n
e
kTС
Возникновение тока в замкнутой цепи, составленной из разнородных металлов, контакты которых находятся при
разных температурах, получило название термоэлектрического эффекта Зеебека
,21 TT dTd /
Эффект Пельтье – выделение или поглощение дополнительной, помимо джоулевой, теплоты при
прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления
ItkqкQ pp p
Эффект Томпсона – выделение или поглощение дополнительной теплоты при прохождении электрического
тока по неравномерно нагретому проводнику
,dVjdldx
dTdQT TItQT
2. Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный или p-n-переход – переход между двумя областями полупроводника, имеющие разный тип
электропроводности
Начальный момент образования p-n-перехода
p-n-переход при отсутствии внешнего напряжения
,A D D AN d N d
0,n ð n ðäèô äèô äð äðI I I I I
2ln ,A D
ke i
N NkT
q n
2 1 1k
e A D
dq N N
Зонная диаграмма p-n-перехода, иллюстрирующая баланс токов в равновесном
состоянии
Прямое смещение p-n-перехода
3. Вентильные свойства p-n перехода
Зонная диаграмма прямого смещения p-n-перехода, иллюстрирующая дисбаланс токов
exp e ï ðï ð äèô äð äèô
q UI I I I
kT
Обратное смещение p-n-перехода
Зонная диаграмма обратного смещения p-n-перехода, иллюстрирующая дисбаланс токов
exp e î áðäèô î áð
q UI I
kT
Выводы:1. p-n-переход образуется на границе p- и n-областей, созданных в монокристалле
полупроводника.2. В результате диффузии в p-n-переходе возникает электрическое поле –
потенциальный барьер, препятствующий выравниванию концентраций основных носителей заряда в соседних областях.
3. При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе устанавливается динамическое равновесие: диффузионный ток становится равным по величине дрейфовому току, образованному неосновными носителями заряда, в результате чего ток через p-n-переход становится равным нулю.
4. При прямом смещении p-n-перехода потенциальный барьер понижается и через переход протекает относительно большой диффузионный ток.
5. При обратном смещении p-n-перехода потенциальный барьер повышается, диффузионный ток уменьшается до нуля и через переход протекает малый по величине дрейфовый ток. Это говорит о том, что p-n-переход обладает односторонней проводимостью. Данное свойство широко используется для выпрямления переменных токов.
6. Ширина p-n-перехода зависит: от концентраций примеси в p- и n-областях, от знака и величины приложенного внешнего напряжения . При увеличении концентрации примесей ширина p-n-перехода уменьшается и наоборот. С увеличением прямого напряжения ширина p-n-перехода уменьшается. При увеличении обратного напряжения ширина p-n-перехода увеличивается.
4. Вольт-амперная характеристика p-n перехода
Вольт-амперная характеристика p-n-перехода – это зависимость тока через p-n-переход от величины
приложенного к нему напряжения
– электронный ток дрейфа
– дырочный ток дрейфа
– электронный ток диффузии
– дырочный ток диффузии
,дрдрдифдиф pnpnnp IIIII
дрдр npn qnI 0
дрдр pnp qpI
0
kT
qU
pnnpn enqqnIдифдифдиф
вн
0
kT
qU
nppnp epqqpIдифдифдиф
вн
0
– концентрация электронов, инжектированных в p-область
– концентрация дырок, инжектированных в n-область
, где и неосновные носители, и
– собственные концентрации носителей зарядов (без примеси) электронов и дырок соответственно
kT
qU
pp ennвн
0
kT
qU
nn eppвн
0
дон
in N
pp
2
0
,2
0
акц
ip N
nn
,äèô äðp p p
äèô äð nn n
0 1ÂÍqU
kTp nI I e
0 0
0 00 ,p n n pp n n p
p n
qD p qD nI q p n
L L
где – коэффициент диффузии дырок или электронов, – диффузионная
длина дырок или электронов. Так как параметры очень сильно зависят от температуры, обратный ток иначе называют тепловым
током.
,n pD ,n pL
0 0, ,, , ,n p n p n pD p n L
Схема, иллюстрирующая лавинный пробой в p-n-переходе:а – распределение токов; б – зонная диаграмма,
иллюстрирующая лавинное умножение при обратном смещении перехода
Лавинный пробой свойственен полупроводникам, со значительной толщиной p-n-перехода, образованных слаболегированными полупроводниками. При этом ширина обедненного слоя гораздо больше диффузионной длины носителей. Пробой происходит под действием сильного электрического поля с напряженностью 68 12 10 /E B ì
Параметром, характеризующим лавинный пробой является коэффициент лавинного умножения , определяемый как количество актов лавинного
умножения в области сильного электрического поля
0
1
1
n
p
IM
I UU
Туннельный пробой происходит в очень тонких p-n-переходах, что возможно при очень высокой концентрации примесей и при небольших значениях обратного напряжения (несколько вольт), когда возникает большой градиент электрического поля. Высокое значение напряженности электрического поля, воздействуя на атомы кристаллической решетки, повышает энергию валентных электронов и приводит к их туннельному «просачиванию» сквозь «тонкий» энергетический барьер из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области. Причем «просачивание» происходит без изменения энергии носителей заряда. Для туннельного пробоя также характерен резкий рост обратного тока при практически неизменном обратном напряжении.
19 310N ñì
Зонная диаграмма туннельного пробоя p-n-перехода при
обратном смещении
5. Емкость p-n перехода
p-n-переход ведет себя подобно конденсатору, емкость которого определяется как отношение изменения накопленного в p-n-переходе заряда к
обусловившему это изменение приложенного внешнего напряжения
Различают барьерную (или зарядную) и диффузионную емкость р-n-перехода
Барьерная емкость соответствует обратно включенному p-n-переходу, который рассматривается как обычный
конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненный слой служит несовершенным
диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями
Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения
S
Сбар0
Диффузионная емкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в n- и p-
областях при прямом напряжении на переходе. Она практически существует только при
прямом напряжении, когда носители заряда диффундируют (инжектируют) в большом
количестве через пониженный потенциальный барьер и, не успев рекомбинировать,
накапливаются в n- и p-областях
дифU
QС диф
диф
6. Контакт металл-полупроводник
Контакт «металл – полупроводник», не обладающий выпрямляющим свойством
Контакт «металл – полупроводник», обладающий выпрямляющим свойством
7. Контакт между п/п одного типа проводимости
Переход между двумя областями с одним типом электропроводности, отличающиеся значением концентрации примесей
8. Гетеропереходы
Гетеропереход - переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя
различными по химическому составу полупроводниками, обладающие
различной шириной запрещенной зоны
(Ge-GaAs), (GaAs-InP), (GaAs-InAs), (Ge-Si)
Зонные энергетические диаграммы гетеропереходов:а – выпрямляющий гетеропереход между полупроводниками p- и n-
типа с преимущественной инжекцией электронов в узкозонный полупроводник;
б – выпрямляющий гетеропереход между полупроводниками n-типа без инжекции неосновных носителей заряда