Curenți p-n tranziție

1. Obiectiv: Introducere principiul de lucru și obținerea caracteristicilor curent-tensiune a unei diode de rectificare și o diodă Zener.

Dispozitive, modele, programe

- Multisim program de 10.

Prin semiconductori includ multe elemente chimice (siliciu, germaniu, indiu, bor, galiu, etc.) Majoritatea oxizilor și sulfurilor (oxid cupros, oxid de zinc, galiu sulfide, etc.), compus intermetalic (arsenide galiu, Karbid Kremniya și altele. ) diode semiconductoare sunt utilizate pentru a converti de tensiune alternativă în napryazhknie pulsează o polaritate.

Semiconductorii rezistivitate electrică se află într-o gamă largă de 10 -5-10 -6 Ohm * m. Pentru comparație, de exemplu, la temperatura camerei metale au un soprotivlenie10 specific -7 Ohm · m și dielectricilor 12 octombrie / octombrie pe 14 Ohm * m. Caracteristica principală a semiconductorilor - creșterea conductivității cu creșterea temperaturii.

Conductivitatea semiconductorului este semnificativ afectată de influențe externe: căldură, radiații, câmpuri electrice și magnetice, presiune, accelerație, și asupra conținutului chiar și cantități mici de impurități.

Proprietățile cu semiconductoare sunt bine explicate prin teoria bandă de solide. Potrivit mecanicii cuantice, energia electronilor este discret (discontinuu) sau cuantificată. Ca rezultat, electronul se poate deplasa numai de-a lungul orbitei, care corespunde energia. Valoarea energiei de electroni se numește nivelul de energie.

nivelurile de energie de electroni sunt separate prin intervale interzise. La niveluri egale de principiul de excluziune al lui Pauli nu poate fi mai mult de două rezultate elektronovV expunerii la electroni nu numai atomul său nucleu, ci și de atomi vecine ale căror niveluri de energie sunt deplasate și sunt formate benzi despicate și energie, numite permise.

Clivajul la nivel de cip, a ocupat electronii interior este divizat niveluri mici, numai vizibile ocupate de electroni de valență.

Pentru semiconductori, cel mai important este banda de valență formată de nivelele de energie ale electronilor de valență atomilor neexcitat (adică în absența energiei externe) și banda cea mai apropiată acesteia admisă (vezi. Fig.1). Zona admisă în care atunci când electronii excitați poate fi, numita banda de conducție, sau o zonă liberă.

benzi de energie Ris.1.Obrazovanie

Din punct de vedere al teoriei banda de solide solide divizare metale, semiconductori și dielectrici produc, pe baza diferenței de bandă și gradul de umplere a benzilor de energie permise.

Energia bandgap de activare DW numit conductivitate intrinsecă. Se crede că atunci când DW £ 2 eV (electron volți) este un cip semiconductor, când - DW> 2 eV dielectric. Se determină probabilitatea de a găsi un electron la un nivel de putere dat, la o temperatură absolută dată prin utilizarea funcției Fermi:

Funcția (1) probabilitatea de a găsi un electron la un nivel de energie dat. În ecuația (1) W- acest nivel de energie; k- constanta Boltzmann; Temperatura T-absolută; un parametru numit nivelul Fermi. Nivelul Fermi - acesta este ultimul strat umplut cu electroni la T = 0 K 0 Din ecuația (1) arată că: 1) T = 0 K 0, W<. то F(W)=1; 2) Т=0 0 К, W<. то F(W)=0; 3) T>0 0 K, W =. F (W) = 0,5.

Electronii din nivelurile de energie superioare ale benzii de valență la prepararea energiei externe (căldură, lumină, etc.) poate trece la nivelele de energie ale benzii de conducție.

La ieșirea electronul din banda de valență rămâne liberă (liber) spațiu, numit găuri. Găurile precum și electronii sunt în măsură să „miște“ în cristal, ca spațiu liber a apărut poate fi ocupat de electroni, energia care se află sub energia dispare din banda de valență de electroni și în locul lor, există, de asemenea, găuri.

Astfel, în semiconductori purtători de sarcină sunt electroni și găuri.

Astfel, electronii din mișcarea banda de valență determină mișcarea în direcția opusă a găurilor. În absența unui câmp electric extern, electronii, o gaură și, prin urmare, muta în mod aleatoriu. Sub influența unui câmp electric extern, mișcarea de electroni devine ordonat, electronii se vor deplasa împotriva direcției câmpului electric, iar găurile - în direcția câmpului.

Conductivitatea electrică a semiconductorilor intrinseci, care apare din cauza unei încălcări de obligațiuni de valență, numit propria sa.

Procesul de formare a perechii de conducție numita electron-gaura de conducere generație pereche de purtători de sarcină.

Procesul de reunificare a electronului și gaura se numește recombinare.

Durata de viață medie a unei perechi de purtători de sarcină se numește timpul vieții lor.

Distanța medie parcursă de viață purtătoare de încărcare pentru o taxă numită lungime purtătoare de difuziune (Lp -pentru gauri, Ln electroni -pentru).

Conductorii nivelul Fermi intrinsec se află în mijlocul benzii interzise (a se vedea. Figura 2).

Fig. 2 localizarea nivelului Fermi

Impuritatea conductivitate. Dacă unii dintre atomii semiconductoare sunt înlocuiți în atomii rețelei cristaline, valența care diferă de unul din principalii atomii de valență ia naștere tip de conductivitate numită impuritate. atomi de impurificare a căror valență mai mare decât valența atomilor principali sunt denumiți donor (sau donator), în acest caz, conductivitatea electrică se datorează în principal electronii se numesc purtători majoritari și găurile - nu esențiale.

Nivelul de energie a electronilor liberi va fi amplasat în spărtură în partea de jos a benzii de conducție. Se numește nivelul donatorilor. Nivelul Fermi este mutat de la midgap la partea inferioară a benzii de conducție (vezi. Figura 3).

DWA energia de ionizare a acceptor

Figura 3 Aktsentornye și niveluri ale donatorilor

atomi de impurificare a căror valenței atomi de bază de valență inferioară sunt numite acceptor (acceptor). În acest caz, conductivitatea electrică se datorează în principal găurilor, care sunt numite purtători majoritari, în timp ce electronii - minoritate.

Nivelul de energie de găuri libere va fi amplasat în golul din partea de sus a benzii de valență, aceasta se numește un nivel acceptor. Nivelul Fermi este deplasat în partea superioară a benzii de valență (vezi. Figura 3b).

O joncțiune pn și proprietățile sale.

La contactul dintre doi semiconductori cu alt tip de impuritate conductivitate (n - și tip p) este format în regiunea de interfață, care este numită joncțiunea pn sau joncțiunii pn.

Proprietățile joncțiunii pn au stat la baza principiului de acțiune marea majoritate a dispozitivelor semiconductoare. Contact p-n tranziție se realizează metode de prelucrare complicate. Odata ce contactul are loc în fiecare regiune este rupt concentrații egale de ioni de impuritate și încărcare liberă. Deoarece în concentrație gaura p Pp concentrații semnificativ mai mari în orificiile n Pn. (Rr >> Pn) nH și concentrația de n electroni într-o concentrație mult mai scăzută în regiunea p, există o difuzie de găuri în regiunea de tip n și electronii din regiunea de tip p.

gaura de îngrijire Datorită din regiunea p este neformată compensat de sarcină negativă a ionului acceptor de impurități în acesta, și un punct de plecare de electroni din regiunea n format dintr-o sarcină de ioni de impuritate donor pozitiv în acesta.

Unele dintre electroni și găuri sunt prinse în zona adiacentă poate recombina, care oferă, de asemenea, concentrațiile de echilibru ale purtătorilor de sarcină liberi între ionii fixe și impurități.

Ca urmare, despre limita dintre regiunile create strat sărăcit dublu volumetric purtători majoritari. El stropi rezistivitate ridicată. Se numește un strat de blocare sau p-n joncțiune. taxele spațiale sunt de semne opuse și de a crea un câmp electric al perehoda.Napryazhennost acest domeniu PN. îndreptate departe de stratul încărcat pozitiv la stratul încărcat negativ (vezi. Fig. 4). Pentru purtătoarele majoritari fiecare zonă este de frânare, împiedicând astfel în continuare transferul de difuzie a lungul p-n purtătorilor majoritari joncțiune. Intensitatea câmpului electric E, împreună cu o capacitate caracterizată. Diferența de potențial în p-n joncțiunea se numește o persoană de contact. Valoarea se numește diferența de potențial de contact potențial înălțimea barierei. ()

Fig. 4 Câmpul electric p-n tranziție

Din punct de vedere al teoriei bandă a solidelor potențial de barieră () se formează după cum urmează: (. Vezi Fig.5) la contactul P- semiconductori și n-tip de sistem unic este format în care nivelul Fermi este comun în regiunile P- și n-tip.