Ecuația densitatea totală a curentului în semiconductor.
In semiconductori puri sau intrinseci concentrația de electroni și găuri este aceeași. Conductivitatea electrică a intrinsece semiconductor (nedopat) este foarte scăzută.
Cele mai multe dispozitive electronice sunt semiconductori uzate, care au o așa-numita conducere impuritate. Pentru a converti un semiconductor intrinsec în impuritatea, să fie introdusă în zăbrele sale cristaline un număr de aditivi chimici special alese, adică efectua doparea un semiconductor.
Impuritatile prezintă o gamă de niveluri de energie în zona interzisă. Ca rezultat, probabilitatea de perechi electron-gol la excitație este semnificativ mai mare decât semiconductorul intrinsec.
În astfel de semiconductori, conductivitatea electrică se datorează în principal același semn al purtătorilor de sarcină - electroni sau găuri. Pentru a asigura o conducta de electroni sau gaura, suficient tind să introducă un singur atom corespunzător atomilor de impuritate semiconductor intrinsec. atomii impurității în rețeaua cristalină a germaniu sau siliciu (grupa 4 a tabelului periodic) este, în general atomi de substituție în partea principală a nodurilor cu zăbrele. Rezultatele acestei substituție depind de materialul de impurități.
Există două tipuri de dopanți: Donor - elemente pentavalent, cum ar fi P, As, Sb (donator - dând sacrificarea). donor va fi notat cu Nd. Acceptoare - elemente trivalenți, cum ar fi B, Al, In, Ga (acceptor - primirea, luând). concentrația de Acceptor va fi notat cu Na. Pe baza acestei distincții semiconductori de tip n și p-tip.
Pentru cristal semiconductor de tip n la 4 valent impuritate donor de siliciu este introdus (valență - 5).
Astfel, patru electroni de valență formează impurități datorită patru atomi de siliciu vecine. Al cincilea electron impuritate nu participă la formarea de legături covalente, acesta poate fi ușor detașat de atomii lor și devin liberi. La temperatura camerei, aproape toți electronii de impurități, care nu formează legături covalente cu atomii de siliciu și sunt liberi să participe la conductivitatea electrică. atom impuritatea care a pierdut un electron, devine ion pozitiv fix.
Electronii liberi de impuritate adăugat la termogeneratsiey electroni liberi semiconductoare induse însă conductivitate materiale semiconductoare devine predominant electronică.
În aceste condiții, electronii sunt purtătorii majoritari, ca n >> p, și găurile - purtătorilor minoritari.
Exemplul 1 (≈ 2 g) siliciu - 4.99 * atomi. concentrația de Intrinsec ni = pi - 2 * este /. Când introdus în siliciu 2 atomi * fosfor (toate ionizat), conductivitatea electronilor va aparea suma (2 + 2 * ≈2 *), care va crește conductivitatea după dopaj de siliciu în timp (100 mii. Time). Astfel, atomii de fosfor 2 * este 0,5 atomi * siliciu, deci 0,5 * 2 * r, care este 1 * d = 0,1 g = 0,1 g P (2 g Si) sau 50mkg P 1 kg Si.
Pentru tip p semiconductor la un cristal de 4 valent siliciu administrat impuritatea acceptor (valență de trei).
Astfel, trei electroni de valență impurități formează legături covalente cu trei din cei patru atomi de siliciu vecine. Una dintre legături covalente rămâne incompletă, creând o stare de energie vacant. atom Impuritatea pentru umplere de locuri de muncă necesită electron suplimentar pentru a forma un înveliș vosmielektronnoy solid. Acest electron este luat de la oricare atom de siliciu.
atom impurității selectat dintr-o legătură covalentă cu zăbrele semiconductor de electroni se fixează cu ioni negativi. La locația în rețeaua gazdă, din care vin la un atom de electroni de impurități, se formează o gaură. Se adaugă la semiconductoare găuri proprii cauzate termogeneratsiey, astfel încât conductivitatea devine predominant de tip p semiconductor.
În aceste condiții, găurile sunt purtătorii majoritari, ca p >> n, și electroni - minoritari purtători.
Pentru n-semiconductor de tip inegalitatea:
Nn >> Pn, unde N - concentrația de electroni în tip n semiconductor;
P - concentrația de găuri de tip n semiconductor,
Pentru p-tip semiconductor:
Pp >> Np, unde P - concentrația de gaură în tip p semiconductor;
N - concentrația de electroni în tip p semiconductor.
Impuritatea donoare pentru a forma nivelul de impurități Wd dispuse în golul lângă banda de conducție; acceptor de impurități, pentru a forma nivelul de impurități în banda interzisă situată aproape de banda de valență. Nivelul Fermi în semiconductori dopați este dispus între nivelul Wd și partea de jos a benzii de conducție Wp, sau între nivelul și banda de valență Wv (vezi. figura).
Joncțiunea electron-gol (p-n joncțiune).
semiconductori de tranziție electrice - este stratul limită între cele două zone ale căror caracteristici fizice sunt substanțial diferite.
Activitatea majorității dispozitivelor semiconductoare bazate pe utilizarea unuia sau mai multor intersecții între două semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate.
P-n joncțiune formată prin conectarea mecanică a diferitelor tipuri de conductivitate semiconductor.
În semiconductori cu regiunile P- și n-tip, care formează tranziția, următorul domeniul spațial:
- joncțiune metalurgice (contact de delimitare) - plan imaginar împărțind P- și n-regiune;
- zonă de tranziție sau regiune regiune sau sarcină spațială epuizare - regiunea care se extinde pe fiecare parte a graniței metalurgice (cu o grosime de 1 micron la 0,1 microni, în funcție de tehnologia);
- regiune neutră (P- și n-regiuni) situate între regiunea de sarcină spațială și n semiconductor și p-tipuri;
- contacte ohmice - concluzii care să se încheie zona neutră.
Să considerăm un model de p-n joncțiune bruscă și în trepte, în care concentrația de impurități se schimbă brusc atom din valoarea Nd în regiunea n la valoarea Na în p.
De asemenea, presupunem că tranziția simetrică. Condițiile care Nd = Na. Dacă Nd ≠ Na - tranziție este asimetrică.
Dacă Nd> Na tranziție este indicat;
atunci când Nd Modelul de tranziție este construit pe baza unor concepte, cum ar fi: - regiune de tranziție grosime - d; - Intensitatea maximă a câmpului electric intern E; - Q. densitatea de sarcină electrică Parametrii de distribuție Figura în p-n tranziție (simetrice) Nn = Pp. (Pn = Np); Nn >> Pn; Pp >> Np este reprezentat în desen.
Parametrii de distribuție Figura în p-n tranziție:
1) distribuția concentrațiilor donor și acceptor;
2) Distribuția concentrației de electroni și goluri;
3) distribuția diferenței de potențial de contact;
4) distribuția intensității câmpului.
În caz de contact direct cu semiconductori eterogene începe difuzarea intensă a purtătorilor de sarcină. pentru că concentrația de electroni în n-regiune este mai mare decât p-regiune (Nn >> Np), apoi unele dintre electronii din regiunea difuză-n în p-regiune. În p-regiune în limitele metalurgice vor excesul de electroni, care vor ocupa legăturile covalente vacante care vor reduce concentrația în stratul limită creează găuri și un strat de taxe fixe negative (ioni) Acceptoare.
Deoarece unele dintre electronii din regiunea n mutat la p, regiunea în stratul limită scade concentrația de electroni n, și nu manifestă compensați pozitivi atomi ioni donatori.
Astfel, granița se formează în jurul unui oțel dublu strat opus în semn taxele fixe (ioni donatori și Acceptoare). Este acest strat, denumit p-n tranziție, sau un strat de blocare; determină diferența de potențial de contact (barieră potențială) pentru Ge - (0,2 ÷ 0,3) B pentru Si - (0,7 ÷ 0,8) B.
Astfel de tranziții de electroni vor continua atât timp cât bariera de potențial electric a câmpului nu crește, astfel încât energia electronilor vor avea suficient pentru a depăși acest domeniu.
Bariera potențială creează un câmp de retardare pentru principalele purtătorilor de sarcină și împiedică mișcarea electronilor în p-regiune, găuri - în n-regiune.
Pentru purtătorii de sarcină minoritari (găuri în n-regiune și electronii din p-câmp) câmp potențial barieră se accelerează. Transferul se efectuează prin care transportatorii sarcina minoritari prin p-n joncțiune (deviație curentă). purtătorilor minoritari, se deplasează prin zona de tranziție, neutralizat unele dintre ionii ambelor semne, ceea ce duce la o scădere a barierei potențial și crește curentul de difuzie a transportatorilor majoritari. astfel în p-n tranziția unui echilibru dinamic.
Direcția curenților de difuzie purtător majoritar opusă celei a curentului derivei a purtătorilor minoritari prin p-n intersecție.
pentru că un semiconductor izolat densitatea curentului rezultant este egal cu zero, starea de echilibru dinamic poate fi determinată:
Valoarea diferenței de potențial de contact determinată de poziția nivelului Fermi în semiconductori N-și p-tip:
Grosimea p-n tranziția la starea de echilibru poate fi determinată:
,
în cazul în care - constantă dielectrică relativă a semiconductorului,
- constanta dielectrică a aerului,
- constantă dielectrică absolută a semiconductoare:
Câmp electric putere E în p-n tranziție este determinată de derivata diferenței de potențial de contact, de-a lungul unei coordonate x geometrice:
.
Violarea echilibru p-n tranziție poate fi rupt atunci când este conectat la contactele ohmice ale unei tensiuni externe. Natura curentului în funcție de polaritatea și mărimea tensiunii externe a lungul p-n joncțiunea și valoarea sa sunt diferite.