pn- perėjimas(n - neigiamas - neigiamas, elektroninis, p - teigiamas - teigiamas, skylė) arba elektronų skylės perėjimas - tam tikri homoperėjimai, p-n sandūros zona vadinama puslaidininkine sritimi, kurioje yra erdvinis laidumo tipo pokytis nuo elektroninio nį skylę p.
Elektronų skylės perėjimas gali būti sukurtas įvairiais būdais:
- didžioji dalis tos pačios puslaidininkinės medžiagos, viena dalis legiruota donorine priemaiša ( n-regionas), o kitame - akceptorius ( p-regionas);
- ties dviejų skirtingų puslaidininkių, turinčių skirtingą laidumo tipą, ribose.
Jeigu pn- perėjimas gaunamas sulydant priemaišas į vienakristalinį puslaidininkį, tada perėjimas iš n- į R-regionas atsiranda staiga (staigus perėjimas). Jei naudojama priemaišų difuzija, susidaro sklandus perėjimas.
energijos diagrama pn- perėjimas. a) Pusiausvyros būsena b) Esant tiesioginei įtampai c) Esant atvirkštinei įtampai
Kai susiliečia dvi sritys n- ir p- tipas dėl krūvininkų koncentracijos gradiento pastarųjų difuzija vyksta priešingo tipo elektros laidumo srityje. AT p-sritis šalia kontakto, išskleidus skylutes iš jo, lieka nekompensuoti jonizuoti akceptoriai (neigiami fiksuoti krūviai), o n-regionai – nekompensuojami jonizuoti donorai (teigiami fiksuoti mokesčiai). Susiformavo erdvės krūvio sritis(SCR), susidedantis iš dviejų priešingai įkrautų sluoksnių. Tarp nekompensuotų priešingų jonizuotų priemaišų krūvių susidaro elektrinis laukas, nukreiptas iš n- plotas iki p-regionas ir vadinamas difuziniu elektriniu lauku. Šis laukas užkerta kelią tolesniam pagrindinių nešėjų difuzijai per kontaktą - susidaro pusiausvyros būsena (šiuo atveju dėl difuzijos yra nedidelė pagrindinių nešėjų srovė, o veikiant kontaktiniam laukui - mažųjų nešėjų srovė, šios srovės kompensuoja viena kitą). Tarp n- ir p-sritys šiuo atveju yra potencialų skirtumas, vadinamas kontaktinio potencialo skirtumu. N regiono potencialas yra teigiamas potencialo atžvilgiu p- plotai. Paprastai kontaktinio potencialo skirtumas šiuo atveju yra dešimtosios voltų.
Išorinis elektrinis laukas keičia užtvaros aukštį ir sutrikdo srovės nešėjų srautų per barjerą pusiausvyrą. Jei taikomas teigiamas potencialas p-regionas, tada potencialo barjeras sumažėja (priešlinkis), o SCR susiaurėja. Šiuo atveju, didėjant taikomajai įtampai, daugumos nešėjų, galinčių įveikti barjerą, skaičius didėja eksponentiškai. Kai tik šie vežėjai praėjo p - n-perėjimas, jie tampa smulkūs. Todėl mažumos nešiotojų koncentracija abiejose perėjimo pusėse didėja (mažumos nešiotojų injekcija). Tuo pačiu metu į p- ir n-regionai per kontaktus patenka vienodai pagrindinių nešėjų, sukeldami suleistų nešėjų mokesčių kompensavimą. Dėl to rekombinacijos greitis didėja ir per sandūrą atsiranda nulinė srovė, kuri didėjant įtampai didėja eksponentiškai.
Neigiamojo potencialo pritaikymas p-regionas (atvirkštinis poslinkis) padidina potencialų barjerą. Daugumos nešėjų sklaida per sankryžą tampa nereikšminga. Tuo pačiu metu mažumos vežėjų srautai nesikeičia (jiems nėra kliūčių). Smulkūs krūvininkai įtraukiami į elektrinį lauką pn-perėjimas ir perėjimas per jį į kaimyninį regioną (smulkių vežėjų ištraukimas). Mažumos nešėjų srautus lemia elektronų ir skylių porų šiluminės generacijos greitis. Šie garai pasklinda į barjerą ir yra atskiriami jo lauku, dėl to per pn-teka pereinamosios srovės aš s(sotinimo srovė), kuri paprastai yra maža ir beveik nepriklauso nuo įtampos. Taigi p-n sandūros srovės-įtampos charakteristika turi ryškų netiesiškumą. Keičiant ženklą U srovės per sandūrą vertė gali skirtis 10 5 - 10 6 kartus. Taip pn-jungtis gali būti naudojama kintamosioms srovėms ištaisyti (diodas).
Voltų-amperų charakteristikos
Išvesti srovės dydžio priklausomybę per pn-perėjimas nuo išorinės poslinkio įtampos V, turime atskirai atsižvelgti į elektronų ir skylių sroves. Toliau pažymėsime simboliu J dalelių srauto tankis ir simbolis j- elektros srovės tankis; tada j e = −eJ e , j h = eJ h.
Volt-amper charakteristikos pn- perėjimas. aš s- prisotinimo srovė, U pr- gedimo įtampa.
At V= 0 ir J e, ir J h išnyksta. Tai, žinoma, nereiškia, kad per sandūrą nejuda atskiri nešikliai, o tik tai, kad abiem kryptimis juda vienodas elektronų (arba skylių) skaičius. At V≠ 0 balansas pažeistas. Apsvarstykite, pavyzdžiui, skylės srovę per išeikvotą sluoksnį. Jį sudaro šie du komponentai:
- Generacinė srovė n- sritys p- pereinamoji zona. Kaip rodo pavadinimas, ši srovė atsiranda dėl skylių, sukurtų tiesiai n- išeikvoto sluoksnio sritys terminio elektronų sužadinimo metu iš valentinės juostos lygių. Nors tokių skylių (mažųjų nešėjų) koncentracija in n-regionas yra itin mažas, palyginti su elektronų (pagrindinių nešėjų) koncentracija, jie atlieka svarbų vaidmenį pernešant srovę per sandūrą. Taip yra todėl, kad kiekviena skylė, patekusi į išsekimo sluoksnį, iš karto perkeliama į p- sritis, kurioje veikia stiprus elektrinis laukas, esantis sluoksnio viduje. Dėl to generuojamos generacinės srovės dydis nepriklauso nuo potencialo pokyčio vertės išsekusiame sluoksnyje, nes bet kuri sluoksnyje atsiradusi skylė perkeliama iš n- sritys p- regionas.
- Rekombinacinė srovė, tai yra skylės srovė, tekanti iš p- sritys n- regionas. Išsekimo sluoksnio elektrinis laukas priešinasi šiai srovei, ir tik tos skylės, kurios atsitrenkia į išsekimo sluoksnio ribą, turinčios pakankamai kinetinės energijos potencialo barjerui įveikti, prisideda prie rekombinacinės srovės. Tokių skylių skaičius proporcingas e −eΔФ/kT taigi
Skirtingai nuo generavimo srovės, rekombinacinė srovė yra labai jautri taikomos įtampos dydžiui. V. Galime palyginti šių dviejų srovių dydžius, pažymėdami, kad esant V= 0 sankryžoje nėra visos srovės: J h rec (V = 0) = J h gen Tai seka J h rec = J hgen e eV/kT. Bendra skylės srovė, tekanti iš p- sritys n-regionas yra skirtumas tarp rekombinacijos ir generavimo srovių:
J h= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
Panašus požiūris taikomas ir elektronų srovės komponentams, tačiau vienintelis pokytis yra tas, kad elektronų generavimo ir rekombinacijos srovės yra nukreiptos priešingai nei atitinkamos skylės srovės. Kadangi elektronai turi priešingus krūvius, elektronų generavimo ir rekombinacijos elektros srovės sutampa su skylių susidarymo ir rekombinacijos elektros srovėmis. Todėl bendras elektros srovės tankis yra j = e(J h gen + J e gen)(e eV/kT − 1).
Talpa pn-perėjimas ir dažnio atsakas
pn-perėjimą galima laikyti plokščiu kondensatoriumi, kurio plokštės yra plotai n- ir p-tipo už sandūros ribų, o izoliatorius yra erdvės krūvio sritis, išeikvota krūvininkų ir turinti didelę varžą. Toks konteineris vadinamas kliūtis. Tai priklauso nuo išorinės įtampos, nes išorinė įtampa keičia erdvės krūvį. Iš tiesų, potencialo barjero padidėjimas esant atvirkštiniam poslinkiui reiškia potencialų skirtumo tarp n- ir p-puslaidininkių plotai, taigi ir jų erdvės krūvių padidėjimas. Kadangi erdvės krūviai yra nejudrūs ir yra susiję su donoro ir akceptoriaus jonais, erdvės krūvis gali padidėti tik dėl jo srities išsiplėtimo ir dėl to sumažėjusios jungties elektrinės talpos. Priklausomai nuo sankryžos srities, priedo koncentracijos ir atvirkštinės įtampos, barjero talpa gali būti nuo vienetų iki šimtų pikofaradų. Esant atvirkštinei įtampai atsiranda barjerinė talpa; esant nuolatinei įtampai, jį šuntuoja nedidelė varža pn- perėjimas. Dėl barjerinės talpos varikapai veikia.
Be barjerinės talpos pn-perėjimas turi vadinamąjį difuzijos pajėgumas. Difuzinis pajėgumas siejamas su nepusiausvyrinio krūvio kaupimosi ir rezorbcijos bazėje procesais ir apibūdina nepusiausvyrinių krūvių judėjimo bazinėje srityje inerciją. Difuzinė talpa atsiranda dėl to, kad padidėja įtampa skersai pn-perėjimas veda prie daugumos ir mažumos vežėjų koncentracijos padidėjimo, tai yra, keičiasi atsakomybė. Difuzinė talpa yra proporcinga srovei pn- perėjimas. Kai taikomas į priekį nukreiptas poslinkis, difuzijos talpa gali siekti dešimtis tūkstančių pikofaradų.
Lygiavertė grandinė pn- perėjimas. C b- barjero pajėgumas, C d- difuzijos pajėgumas, Ra- diferencinė varža pn- perėjimas, r yra pagrindo tūrinis atsparumas.
Bendras pajėgumas pn-perėjimą lemia barjerinių ir difuzinių talpų suma. Lygiavertė grandinė pn-Perėjimas prie kintamosios srovės parodytas paveikslėlyje. Ant lygiavertės grandinės lygiagrečiai su diferencine varža pn-perėjimas R ir įtraukta difuzinė talpa C d ir barjero pajėgumas NUO b; bazinio tūrio varža su jais jungiama nuosekliai r. Padidėjus kintamosios įtampos dažniui pn- perėjimas, stiprėja talpinės savybės, R ašuntuojama pagal talpą ir bendrą varžą pn-perėjimą lemia pagrindo tūrinis pasipriešinimas. Taigi aukštais dažniais pn-perėjimas praranda savo linijines savybes.
Palaužti pn- perėjimas
diodo gedimas- tai staigus atvirkštinės srovės per diodą padidėjimas, kai atvirkštinė įtampa pasiekia tam tikrą šio diodo kritinę vertę. Priklausomai nuo fizikinių reiškinių, sukeliančių gedimą, yra lavinų, tunelių, paviršinių ir terminių gedimų.
- Lavinos gedimas(smūgio jonizacija) yra svarbiausias gedimo mechanizmas pn- perėjimas. Lavinos įtampa apibrėžia daugumos diodų atvirkštinės įtampos viršutinę ribą. Suskaidymas yra susijęs su krūvininkų lavinos susidarymu, veikiant stipriam elektriniam laukui, kai dėl puslaidininkių atomų smūginės jonizacijos nešikliai įgyja energijos, kurios pakanka naujoms elektronų skylių poroms susidaryti.
- tunelio gedimas Elektronų skylės perėjimas vadinamas elektriniu perėjimo gedimu, kurį sukelia kvantinis mechaninis krūvininkų tunelis per puslaidininkio juostos tarpą, nekeičiant jų energijos. Elektronų tuneliavimas yra įmanomas, jei potencialo barjero, kurį turi įveikti elektronai, plotis yra pakankamai mažas. Tam pačiam juostos tarpui (tai pačiai medžiagai) potencialo barjero plotis nustatomas pagal elektrinio lauko stiprumą, tai yra energijos lygių ir juostų nuolydį. Vadinasi, tuneliavimo sąlygos atsiranda tik esant tam tikram elektrinio lauko stiprumui arba esant tam tikrai įtampai elektronų skylės sandūroje – esant lūžio įtampai. Šio kritinio elektrinio lauko stiprio vertė yra maždaug 8∙105 V/cm silicio sandūroms ir 3∙105 V/cm germanio jungtims. Kadangi tuneliavimosi tikimybė labai priklauso nuo elektrinio lauko stiprumo, tuneliavimo efektas išoriškai pasireiškia kaip diodo gedimas.
- Paviršiaus gedimas (nuotėkio srovė). Tikras pn sandūros turi sekcijas, kurios tęsiasi iki puslaidininkio paviršiaus. Dėl galimo užterštumo ir paviršinių krūvių tarp p ir n sričių gali susidaryti laidžios plėvelės ir laidūs kanalai, kuriais teka nuotėkio srovė I ut. Ši srovė didėja didėjant atvirkštinei įtampai ir gali viršyti šiluminę srovę I 0 ir generacijos srovės I geną. Srovė Iut silpnai priklauso nuo temperatūros. Norint sumažinti I ut, naudojamos apsauginės plėvelės dangos.
- terminis gedimas- tai yra gedimas, kurio atsiradimas atsiranda dėl šilumos išsiskyrimo išlyginamojoje elektros jungtyje dėl srovės pratekėjimo per sandūrą. Kai įjungiama atvirkštinė įtampa, beveik visa ji patenka pn sandūra, per kurią teka, nors ir maža, atvirkštinė srovė. Pagaminta energija sukelia šilumą pn puslaidininkio sandūroje ir gretimose srityse. Esant nepakankamam šilumos išsklaidymui, ši galia dar labiau padidina srovę, o tai sukelia gedimą. Terminis gedimas, skirtingai nuo ankstesnių, yra negrįžtamas.
Taikymas
- Zenerio diodai (Zener (Zener) diodai)
- Šviesos diodai (Henry Round diodai)
Wikimedia fondas. 2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra "P - n-transition" kituose žodynuose:
Perėjimas – tai perėjimo iš vienos padėties ar būsenos į kitą procesas; taip pat tokiam judėjimui tinkama arba skirta vieta: Turinys 1 Statyboje 2 Judėjimas 3 Fizikoje ... Vikipedija
Vienas iš pagrindinių materialistiniai dėsniai. dialektika, pagal kurią objekto kokybės pokytis atsiranda, kai kaupiasi kiekiai. pokyčiai pasiekia tam tikrą tašką. riba. Šis dėsnis atskleidžia patį bendriausią vystymosi mechanizmą. ... Filosofinė enciklopedija
Perėjimas, m. 1. tik vienetai. Veiksmas pagal veiksmažodį. eik-eik (1). Perėjimas iš Maskvos į Kolomną truko kelias valandas. Vado Suvorovo perėjimas per Alpes. Perėjimas per upę. Pereikite prie kitų dalykų. Perėjimas prie kaštų apskaitos. Eiti į… … Ušakovo aiškinamasis žodynas
Perėjimas prie „žiemos“ laiko- Rusijos Federacijos teritorijoje atliekama paskutinį spalio sekmadienį 3:00 vietos laiku, perkeliant laikrodį viena valanda atgal. Pirmą kartą laikrodžio rodykles pasukti valanda pirmyn vasarą ir valanda atgal žiemą, kad būtų taupoma energija ... ... Naujienų kūrėjų enciklopedija
Perjungimas į „žiemos“ ir „vasaros“ laiką– Rusija, praėjus 30 metų nuo perėjimo prie žiemos/vasaros laiko, atsisako šios praktikos nuo 2011 metų rudens, rusai nesuks laikrodžių valanda atgal, antradienį pareiškė Rusijos prezidentas Dmitrijus Medvedevas. Perėjimas prie žiemos...... Naujienų kūrėjų enciklopedija
Perėjimas prie „žiemos“ laiko: ekonominis „už“ ir medicininis „prieš“– Spalio 28 dieną 3 valandą (vietos laiku) Rusijoje bus pereita prie žiemos laiko. Pirmą kartą Didžiojoje Britanijoje 1908 m., siekiant taupyti energijos išteklius, laikrodžio rodyklė buvo perkelta viena valanda į priekį vasarą ir viena valanda atgal žiemą. Idėja… Naujienų kūrėjų enciklopedija
Perjungimas į „žiemos“ / „vasaros“ laiką– Pirmą kartą laikrodžio rodyklių perkėlimas viena valanda į priekį vasarą ir viena valanda atgal, siekiant taupyti energijos išteklius, Didžiojoje Britanijoje buvo atliktas 1908 metais. Pati idėja taupyti energijos išteklius verčiant rodykles priklauso ... ... Naujienų kūrėjų enciklopedija
Fazinis perėjimas, lydimas elektros laidumo dydžio ir pobūdžio pokyčio, keičiantis temperatūrai T, slėgiui p, magn. laukas H arba medžiagos sudėtis. P. ppm pastebima daugelyje kietųjų medžiagų, kartais skysčiuose ir dujose (tankūs metalo garai) ... Fizinė enciklopedija
- ("rankos taisyklė", Pederseno dėsnis) fonetinis pokytis, įvykęs ankstyvojoje protoslavų kalboje. Turinys 1 Reiškinio aprašymas 1.1 ... Vikipedija
Aleksandro Suvorovo kariuomenės kirtimas per Šveicarijos Alpes- Aleksandro Vasiljevičiaus Suvorovo armijos Šveicarijos kampanija - Rusijos kariuomenės, vadovaujamos generolo feldmaršalo Suvorovo, perėjimas iš Šiaurės Italijos per Alpes į Šveicariją, truko nuo 1799 m. rugsėjo 10 d. iki rugsėjo 27 d. Tai buvo padaryta per karą 2 ... Naujienų kūrėjų enciklopedija
PERĖJIMAS- (1) programuojant komandą vykdytojui tęsti algoritmo (programos) vykdymą iš šia komanda nurodyto lapo. Yra: a) P. besąlyginė operacija, kuri perduoda valdymą iš anksto nustatytu adresu, kuris yra nurodytas pats savaime ... ... Didžioji politechnikos enciklopedija
p-n (pe-en) sandūra – erdvės sritis dviejų p ir n tipo puslaidininkių sandūroje, kurioje vyksta perėjimas iš vieno laidumo tipo į kitą, toks perėjimas dar vadinamas elektronų skylės perėjimu.
Iš viso yra dviejų tipų puslaidininkiai – p ir n tipų. n tipo pagrindiniai krūvininkai yra elektronų , o p tipo pagrindiniai yra teigiamai įkrauti skyles. Teigiama skylė atsiranda atsiskyrus elektronui nuo atomo ir jos vietoje susidaro teigiama skylė.
Norėdami išsiaiškinti, kaip veikia p-n jungtis, turite ištirti jos komponentus, tai yra, p ir n tipo puslaidininkius.
Puslaidininkiai p ir n tipo gaminami vienkristalinio silicio pagrindu, kuris turi labai aukštą grynumo laipsnį, todėl menkiausios priemaišos (mažiau nei 0,001%) gerokai pakeičia jo elektrines savybes.
N tipo puslaidininkyje daugiausia krūvininkų yra elektronų . Kad jie būtų naudojami donorų priemaišos, kurie patenka į silicį,- fosforas, stibis, arsenas.
P tipo puslaidininkyje dauguma krūvininkų yra teigiamai įkrauti skyles . Kad jie būtų naudojami akceptorių priemaišų — aliuminis, boras
n tipo puslaidininkis (elektroninis laidumas)
Priemaišos fosforo atomas paprastai pakeičia pagrindinį atomą kristalinės gardelės vietose. Šiuo atveju keturi fosforo atomo valentiniai elektronai jungiasi su keturiais kaimyninių keturių silicio atomų valentiniais elektronais, sudarydami stabilų aštuonių elektronų apvalkalą. Penktasis fosforo atomo valentinis elektronas yra silpnai susijungęs su savo atomu ir veikiamas išorinių jėgų (šiluminės gardelės virpesių, išorinio elektrinio lauko) lengvai išsilaisvina, sukurdamas padidėjusi laisvųjų elektronų koncentracija . Kristalas įgyja elektroninį laidumą arba n tipo laidumą . Šiuo atveju fosforo atomas, neturintis elektrono, yra tvirtai prijungtas prie silicio kristalinės gardelės teigiamu krūviu, o elektronas yra judrus neigiamas krūvis. Nesant išorinių jėgų, jos kompensuoja viena kitą, t.y., silicyje n tiponustatomas laisvųjų laidumo elektronų skaičiusįvestų donorų priemaišų atomų skaičius.
Puslaidininkio p tipas (skylės laidumas)
Aliuminio atomas, turintis tik tris valentinius elektronus, negali savarankiškai sudaryti stabilaus aštuonių elektronų apvalkalo su kaimyniniais silicio atomais, nes tam jam reikia dar vieno elektrono, kurį jis paima iš vieno iš šalia esančių silicio atomų. Silicio atomas, kuriame nėra elektrono, turi teigiamą krūvį ir, kadangi jis gali užfiksuoti elektroną iš gretimo silicio atomo, jį galima laikyti mobiliuoju teigiamu krūviu, nesusijusiu su kristaline gardele, vadinama skyle. Aliuminio atomas, užfiksavęs elektroną, tampa neigiamai įkrautu centru, tvirtai surištu su kristaline gardele. Tokio puslaidininkio elektrinį laidumą lemia skylių judėjimas, todėl jis vadinamas p tipo skyliniu puslaidininkiu. Skylės koncentracija atitinka įvestų akceptorių priemaišų atomų skaičių.
Elektronų skylės perėjimas ( p–n sandūra) yra pereinamasis sluoksnis tarp dviejų skirtingo elektrinio laidumo puslaidininkio sričių, kuriose yra difuzinis elektrinis laukas.
Sritys atskirtos plokštuma, kurioje kinta vyraujančių priemaišų tipas ir vadinama metalurgine riba. Prie metalurginės ribos yra nuskurdintas judriųjų krūvininkų sluoksnis, kuriame yra nejudančių jonizuotų priemaišų atomų (3.1 pav.).
Ryžiai. 3.1. Elektronų skylės perėjimas
Nejudrūs jonai išeikvotame sluoksnyje sukuria teigiamo ir neigiamo poliškumo erdvės elektros krūvius. Taip sukuriamas difuzinis elektrinis laukas, kurio stiprumas E skirtumo ir kontaktinio potencialo skirtumas k.Kontakto reikšmė
potencialų skirtumas priklauso nuo akceptoriaus priemaišos koncentracijos
N A, N D ir temperatūros:
.
Išeikvoto sluoksnio storis taip pat priklauso nuo priemaišų koncentracijos:
,
kur BET yra puslaidininkinės medžiagos nustatytas koeficientas.
3.2. srovė per p-n- perėjimas
Per p–n- sandūros srovės srautai, atspindintys difuzijos ir dreifo komponentų sumą. Difuzinę srovę formuoja pagrindiniai krūvininkai, kurių judėjimui difuzinis laukas stabdo. Didinant difuzijos srovę, padidėja lauko stiprumas E dif, kontaktinio potencialo skirtumas ir potencialo barjeras . Dėl to sumažėja srovė. Taigi susidaro pusiausvyra.
Dreifo srovę formuoja mažumos krūvininkai, kurių difuzinis laukas greitėja.
Pusiausvyros būsenoje difuzijos ir dreifo srovių suma lygi nuliui:
aš skirtumas + aš dr = 0.
3.3. Tiesioginis ryšys p–n- perėjimas
Tiesioginiu ryšiu vadinamas toks intarpas, kuriame išorinės įtampos sukuriamas laukas nukreipiamas prieš difuzinį lauką (3.2 pav.).
Ryžiai. 3.2. Tiesioginis ryšys p–n- perėjimas
Dėl to kontaktinio potencialo skirtumas mažėja, potencialo barjeras mažėja, o pagrindinių krūvininkų srovė per sandūrą didėja.
3.4. Atvirkštinis įtraukimas p – n- perėjimas
Atvirkštinis įtraukimas p – n-perėjimas pasižymi tuo, kad išorinės įtampos sukuriamo lauko intensyvumas sutampa su difuzinio lauko intensyvumu(3.3 pav.).
Ryžiai. 3.3. Atvirkštinis įtraukimas p–n- perėjimas
Dėl to kontaktinio potencialo skirtumas didėja, potencialo barjeras didėja, o pagrindinių krūvininkų srovė per sandūrą mažėja.
3.5. (VAC)
idealizuotas p-n- perėjimas
Volt-amper charakteristikos p–n-perėjimas yra srovės per perėjimą priklausomybė nuo jai taikomos įtampos.
Idealizavimas p–n-perėjimas yra toks
prielaidos.
1. Sritys, esančios greta perėjimo p ir n pasižyminti nuline varža. Todėl išorinė įtampa tiekiama tiesiogiai p–n- perėjimas.
2. Srityje p–n-perėjimas, nėra laisvųjų krūvininkų susidarymo ir rekombinacijos procesų. Tada srovė per sandūrą, priklausomai nuo išorinės įtampos, tiekiamos sandūroje U išorės, t.y. srovės įtampos charakteristikas galima apibūdinti pagal Shockley formulę:
,
kur aš 0 - šiluminė srovė, kurią sukuria nedideli krūvininkai ir priklauso nuo trijų veiksnių:
1) smulkiųjų krūvininkų koncentracija, atvirkščiai proporcinga priemaišų koncentracijai;
2) juostos tarpas Kuo daugiau, tuo mažiau
ji aš 0 ;
3) temperatūra. Kylant temperatūrai, didėja krūvininkų susidarymo greitis ir didėja jų koncentracija.
3.6. Zonos (energijos) diagrama
p-n- perėjimas
At U ext = 0. Pusiausvyros būsena. Fermi lygis turi vieną reikšmę visai konstrukcijai (3.4 pav.).
At U ext 0. Tiesioginis ryšys p–n-perėjimas (3.5 pav.).
Ryžiai. 3.4. Pusiausvyros juostos diagrama p–n- perėjimas
Ryžiai. 3.5. Zonos schema su tiesioginiu prijungimu p-n- perėjimas
At U ext 0. Atvirkštinis įtraukimas p–n-perėjimas (3.6 pav.).
Ryžiai. 3.6. Zonos schema vėl įjungus p–n- perėjimas
3.7. Realūs CVC skirtumai
ir idealizuojama p–n- perėjimai
Tikras p–n-Perėjimai, kaip taisyklė, yra asimetriški. Šiuo atveju priemaišų koncentracija viename regione viršija priemaišų koncentraciją kitame. Didesnės koncentracijos sritis vadinama emiteriu, mažesnės – baze. Mažesnė priemaišų koncentracija reiškia mažesnį elektros laidumą ir didesnę varžą. Todėl iš tikrųjų p–n-perėjimai nepaiso konkretaus
pagrindo pasipriešinimas neįmanomas. Ekvivalentinė tikrosios grandinės
p–n-perėjimas turi formą (3.7 pav.).
Ryžiai. 3.7. Ekvivalentinė tikrosios grandinės p–n- perėjimas
Antras skirtumas tarp tikrojo p–n-perėjimas nuo idealizuoto yra krūvininkų generavimo ir rekombinacijos procesų buvimas išeikvotame sluoksnyje. Todėl vėl įjungus, srovė per sandūrą nėra pastovi, o priklauso nuo sandūroje paduodamos įtampos (3.8 pav.).
Ryžiai. 3.8. Skirtumas tarp I-V charakteristikų realus p–n– perėjimas nuo idealizuoto
Trečias skirtumas yra gedimo reiškinio buvimas
atvirkštinis įtraukimas p–n- perėjimas.
3.8. Palaužti p–n- perėjimas
Sugedimas pasireiškia kaip staigus srovės padidėjimas
p–n-perėjimas su nedideliu taikomosios atvirkštinės įtampos pasikeitimu.
Yra trys gedimų tipai.
Lavinos skilimas – atsiranda dėl mažumos krūvininkų lavina dauginimosi smūginės jonizacijos būdu. Įtampa, kuriai esant ji atsiranda, didėja didėjant temperatūrai (3.9 pav.).
Ryžiai. 3.9. CVC griūties metu
Tunelio skilimas - atsiranda dėl elektronų perėjimo iš surištos būsenos į laisvą būseną, neperduodant jiems papildomos energijos. Didėjant temperatūrai, skilimo įtampa mažėja (3.10 pav.).
Ryžiai. 3.10. CVC sugedus tuneliui p–n- perėjimas
Terminis gedimas yra gedimas, kurio išsivystymas atsiranda dėl šilumos išsiskyrimo dėl srovės pratekėjimo per perėjimą. Skirtingai nuo lavinų ir tunelių, jis yra negrįžtamas, ty dėl gedimo perėjimas nustoja veikti. Didėjant temperatūrai, skilimo įtampa mažėja (3.11 pav.).
Ryžiai. 3.11. CVC terminio gedimo metu p–n- perėjimas
3.9. VAC priklausomybė p–n- perėjimas
temperatūros
Kylant temperatūrai, srovė praeina p–n-perėjimas su tiesioginiu ryšiu padidėja dėl elektros krūvininkų energijos padidėjimo, kuris dėl to lengviau įveikia potencialų barjerą.
Vėl įjungus p–n-perėjimas didėjant temperatūrai, srovė per ją didėja dėl perėjimo metu didėjančio krūvininkų susidarymo greičio (3.12 pav.).
Ryžiai. 3.12. VAC priklausomybė p–n- perėjimas nuo temperatūros
3.10. VAC priklausomybė p-n- perėjimas iš puslaidininkinės medžiagos
Volt-amper charakteristikos p– n-perėjimas priklauso nuo puslaidininkinės medžiagos energijos diagramos juostos tarpo.
Kuo didesnis juostos tarpas, tuo mažesnis šilumos generavimo greitis ir mažesnė mažumos nešėjų, sukuriančių atvirkštinę srovę, koncentracija. aš 0 . Todėl atvirkštinė srovė yra mažesnė.
Su tiesioginiu ryšiu p– n-perėjimas, srovė per ją bus didesnė, tuo mažesnis juostos tarpas. Iš tiesų, srovė per p– n-perėjimas apibrėžiamas kaip
.
Didėjant vertei, srovė aš 0 sumažėja ir srovė aš taip pat mažėja.
Dažniausiai pasitaikančių puslaidininkinių medžiagų Ge, Si ir GaAs I–V charakteristikos yra susijusios taip (3.13 pav.).
Ryžiai. 3.13. VAC priklausomybė p–n- perėjimas
nuo medžiagos
3.11. Talpa p–n- perėjimas
Išsekusiame sluoksnyje p– n-perėjimas, yra erdviniai krūviai, kuriuos sudaro jonizuotų donorų ir akceptorių priemaišų krūviai. Šie krūviai yra vienodo dydžio ir priešingo ženklo. Todėl išsekimo sluoksnis yra kaip kondensatorius. Kadangi krūviai lemia potencialų barjerą, talpa vadinama barjerine talpa. Jo vertė yra
Kur 
,
kur S- kvadratas p–n- perėjimas, U yra išorinė įtampa, tiekiama sankryžoje, n= 0,5 staigiam perėjimui, n= 0,3 sklandžiam perėjimui.
Užtvaros talpos priklausomybė nuo įtampos, tiekiamos sandūroje, vadinama talpos-įtampos charakteristika (3.14 pav.).
Su tiesioginiu ryšiu p–n-perėjimas, vyksta smulkiųjų krūvininkų įpurškimo procesas. Kiekviename regione atsiranda perteklinės mažumos nešėjų koncentracijos ir, atsižvelgiant į elektros neutralumo sąlygą, joms prilygsta perteklinės pagrindinių nešėjų koncentracijos. Taigi, į n Nustatyta, kad regionai (kaip kondensatoriuje) turi vienodą teigiamą perteklinių skylių (mažumos nešėjų) ir neigiamą elektronų pertekliaus krūvį (dauguma nešėjų). Panašiai p-Regionas elgiasi kaip kondensatorius, turintis neigiamą elektronų pertekliaus krūvį (mažumos nešikliai) ir vienodą teigiamą perteklinių skylių (daugumos nešėjų) krūvį.
Perteklinių krūvių kaupimosi procesui dažniausiai būdinga difuzinė talpa, kuri atsižvelgia į perteklinių nešėjų (skylių ir elektronų) pasikeitimą abiejuose regionuose, pasikeitus įtampai.
Difuzinę talpą lemia tiesioginės skylių difuzijos srovės Ip ir elektronai aš n(taigi ir pajėgumo pavadinimas) ir mažumos vežėjų tarnavimo laiką ir:
.
Difuzinės srovės Ip ir aš n augti didėjant tiesioginei įtampai pn- pereina ir greitai išnyksta atgal. Todėl priklausomybė NUOįtampos skirtumas maždaug kartoja I–V charakteristikos tiesioginės šakos eigą p–n- perėjimas.
Lygiavertė grandinė p–n-perėjimas, atsižvelgiant į jo talpines savybes, parodytas fig. 3.15.
3.12. Metalo-puslaidininkio kontaktas
Puslaidininkio ir metalo kontaktai plačiai naudojami formuojant išorinius laidus iš prietaisų puslaidininkinių sričių ir kuriant didelės spartos diodus. Metalo ir puslaidininkio kontakto tipą lemia metalo ir puslaidininkio elektronų darbo funkcija, puslaidininkio laidumo srovė ir priemaišų koncentracija jame.
Elektronų darbo funkcija yra energija, reikalinga elektronams perkelti iš Fermio lygio į viršutinės laisvosios zonos lubas.
Esant idealiam metalo ir puslaidininkio kontaktui ir neatsižvelgiant į paviršiaus būsenas, elektronai daugiausia difunduoja iš medžiagos, turinčios mažesnę darbo funkciją. Dėl krūvių difuzijos ir persiskirstymo sutrinka greta sąsajos esančių sričių elektrinis neutralumas, atsiranda kontaktinis elektrinis laukas ir kontaktinio potencialo skirtumas.
kur BET m, BET n yra metalo ir puslaidininkio elektronų darbo funkcija.
Pereinamasis sluoksnis, kuriame yra kontaktinis (arba difuzinis) elektrinis laukas ir kuris susidaro dėl metalo ir puslaidininkio sąlyčio, vadinamas Šotkio perėjimu.
Priklausomai nuo puslaidininkio elektrinio laidumo tipo ir darbinių funkcijų santykio, puslaidininkyje gali atsirasti išeikvotas arba prisodrintas sluoksnis. Jei darbo funkcija metale yra mažesnė už darbo funkciją puslaidininkyje BET m< BET n, tada elektronai labiau linkę pereiti iš metalo į puslaidininkį. Tai veda prie išeikvoto sluoksnio susidarymo puslaidininkyje, jei puslaidininkis p-tipas, ar net atvirkštinis sluoksnis, jei BET m<< BET n Jei puslaidininkis n-tipo, susidaro prisodrintas sluoksnis.
Išeikvotuose sluoksniuose erdvės krūvis susidaro pažeidus pagrindinių nešėjų jonizuotų priemaišų krūvio kompensavimą, o prisodrintuose sluoksniuose – dėl pagrindinių krūvininkų kaupimosi. Praturtintas sluoksnis sukelia mažą puslaidininkio artimojo kontakto srities varžą, palyginti su didžiosios puslaidininkio dalies varža. Todėl toks perėjimas neturi ištaisymo savybių ir sudaro ominį kontaktą. Esant išeikvotam arba atvirkštiniam sluoksniui, Schottky sandūra turi ištaisymo savybių, nes išorinė įtampa, daugiausia krintanti ant didelio pasipriešinimo sandūros, pakeis jos potencialo barjero aukštį, pakeisdama krūvininkų praėjimo sąlygas. sankryža.
Būdingas ištaisančio Šotkio perėjimo bruožas, priešingai p–n-perėjimas yra skirtingas elektronų ir skylių potencialų barjerų aukštis. Dėl to mažumos krūvininkai negali būti įpurškiami į puslaidininkį per Šotkio sandūrą. Todėl jie nesikaupia ir jų rezorbcijai nereikia. Taigi didelis Šotkio perėjimo greitis.
Heterojungtys
Hetero sandūra yra pereinamasis sluoksnis su difuziniu elektriniu lauku, esančiu tarp dviejų skirtingos cheminės sudėties puslaidininkių.
Skirtingų puslaidininkių elektrinių juostų plotis yra skirtingas. Todėl dviejų puslaidininkių sąsajoje (heterojungimo metalurginiame kontakte) gaunamas laidumo juostos apačios ir valentinės juostos viršaus nutrūkimas. Dėl nenutrūkstamų galimų barjerų elektronams ir skylių heterosandūroje aukštis pasirodo skirtingas. Tai yra heterosandūrų ypatybė, kuri, priešingai, lemia specifines heterosandūrų savybes p–n- perėjimai.
Hetero jungtis gali sudaryti skirtingų laidumo tipų puslaidininkiai: p–n, p–p, n–n. Priklausomai nuo laidumo tipo ir energijos diagramų juostos tarpo, srovę per sandūrą gali nustatyti ir elektronai, ir skylės. Pavyzdžiui, per germanio kontaktą p-tipo ir galio arsenidas n-tipo daugiausia teka elektroninė srovė (3.16 pav.).
Ryžiai. 3.16. Ge perėjimo juostos diagrama ( p-tipas) – GaAs ( n-tipas)
Per germanio perėjimą p-tipo, galio arsenidas p-tipo teka daugiausia skylės srovė (3.17 pav.).
Ryžiai. 3.17. Ge perėjimo juostos diagrama ( p-tipas) – GaAs ( p-tipas)
Norint suformuoti kokybišką heterosandūrą, būtina suderinti besiliečiančių puslaidininkių kristalinių gardelių tipą, orientaciją ir periodą, kad vieno puslaidininkio kristalinė gardelė su minimaliu pažeidimų skaičiumi patektų į kito puslaidininkio kristalinę gardelę. Puslaidininkiniuose įtaisuose plačiausiai naudojamos heterojungtys tarp puslaidininkių galio ir aliuminio arsenidų, fosfidų ir antimonidų pagrindu. Dėl galio ir aliuminio kovalentinių spindulių artumo puslaidininkių cheminės sudėties pokyčiai heterosandūroje vyksta nekeičiant kristalinės gardelės periodo. Daugiakomponenčių kietųjų tirpalų pagrindu kuriamos ir heterosandūros, kuriose gardelės periodas nekinta, kai kompozicija kinta plačiame diapazone.
3.14. Metalo-izoliatoriaus-puslaidininkio konstrukcija
Metalo-dielektriko-puslaidininkių (MIS) struktūros sudaro lauko efekto MIS tranzistorių, fotovoltinių prietaisų, įtampos valdomų kondensatorių pagrindą, taip pat plačiai naudojamos integrinėse grandinėse.
Paprasčiausioje MIS struktūroje yra puslaidininkinis kristalas – substratas, dielektrinis sluoksnis, metalinis elektrodas – vartai, ominis kontaktas su pagrindu (3.17 pav.).
Ryžiai. 3.17. Paprasčiausia MIS struktūra
Konstrukcija turi du išėjimus - vartus ir kontaktą su pagrindu ir yra MIS kondensatorius, kurio talpa priklauso nuo įtampos U tarp vartų ir pagrindo išvesties.
Vartų įtampa sukuria elektrinį lauką, kuris per ploną (0,03 ... 0,1 μm) dielektrinį sluoksnį prasiskverbia į paviršinį puslaidininkio sluoksnį, kur keičia nešiklio koncentraciją. Priklausomai nuo įtampos vertės, stebimi sodrinimo, išeikvojimo arba inversijos režimai.
Lygiavertę MIS struktūros grandinę galima pavaizduoti nuosekliu dviejų kondensatorių sujungimu C D yra dielektriko talpa ir Su g:
čia J p – nekompensuotų priemaišų jonų ir judriųjų krūvininkų krūvio tankis puslaidininkyje, j sur – įtampa puslaidininkio paviršiniame sluoksnyje, S- vartų zona.
Plačiausiai naudojama MIS struktūra yra silicio pagrindu, kur dielektrikas yra silicio dioksidas, o vartai – aliuminio plėvelė.
Panaši informacija.
Pagal savo gebėjimą pravesti elektros srovę kietosios medžiagos iš pradžių buvo skirstomos į laidininkus ir dielektrikus. Vėliau pastebėta, kad kai kurios medžiagos prasčiau praleidžia elektros srovę nei laidininkai, tačiau jų negalima priskirti ir dielektrikams. Jie buvo išskirti į atskirą puslaidininkių grupę. Būdingi puslaidininkių ir laidininkų skirtumai:
- Reikšminga puslaidininkių laidumo priklausomybė nuo temperatūros.
- Stiprią įtaką puslaidininkių laidumui daro net nedidelis kiekis priemaišų.
- Įtaka jų laidumui įvairių spindulių (šviesos, spinduliuotės ir kt.). Pagal šias savybes puslaidininkiai yra artimesni dielektrikams nei laidininkams.
Puslaidininkinių įtaisų gamybai daugiausia naudojamas germanis, silicis, galio arsenidas. Germanis yra retas elementas, išsibarstę gamtoje, silicis, atvirkščiai, yra labai paplitęs. Tačiau jis randamas ne gryna forma, o tik junginių su kitais elementais, daugiausia deguonimi, pavidalu. Galio arsenidas yra arseno ir galio junginys. Jis buvo naudojamas palyginti neseniai. Palyginti su germaniu ir siliciu, galio arsenidą mažiau veikia temperatūra ir radiacija.
Norėdami suprasti puslaidininkinių įtaisų veikimo mechanizmą, pirmiausia turite susipažinti su puslaidininkių laidumu ir p formavimosi mechanizmu.
-n apynių.Plačiausiai naudojami puslaidininkiai yra germanis ir silicis. Jie priklauso Mendelejevo periodinės sistemos IV grupei. Išorinis germanio (arba silicio) atomo apvalkalas turi 4 valentinius elektronus. Kiekvienas iš jų sudaro kovalentinius ryšius su kaimyniniais keturiais atomais. Juos sudaro du elektronai, kurių kiekvienas priklauso vienam iš gretimų atomų. Elektronų poros ryšiai yra labai stabilūs, todėl kiekviena elektronų pora yra tvirtai susieta su savo atomine pora ir negali laisvai judėti didžiojoje puslaidininkio dalyje. Tai pasakytina apie chemiškai gryną puslaidininkį, kurio temperatūra artima 0 K
(absoliutus nulis). Kylant temperatūrai, puslaidininkio atomai pradeda atlikti šiluminius virpesius. Šio judėjimo energija perduodama elektronams, o kai kuriems iš jų pasirodo, kad jos pakanka atitrūkti nuo atomų. Šie atomai virsta teigiamais jonais, o atsiskyrę elektronai gali laisvai judėti, t.y. tapti dabartiniais vežėjais. Tiksliau tariant, elektrono pasitraukimas sukelia dalinę 2 gretimų atomų jonizaciją. Vienintelis teigiamas krūvis, atsirandantis šiuo atveju, turėtų būti priskirtas ne tam ar kitam atomui, o elektrono paliktos poros-elektronų ryšio pažeidimui. Elektrono nebuvimas ryšyje vadinamas skyle. Skylė turi teigiamą krūvį, absoliučia reikšme lygų elektrono krūviui. Skylę gali užimti vienas iš gretimos jungties elektronų, taip susidarydamas skylė gretimame ryšyje. Elektrono perėjimas iš vienos jungties į kitą atitinka skylės judėjimą priešinga kryptimi. Praktikoje patogiau laikyti nepertraukiamą teigiamo krūvio judėjimą nei nuoseklų elektronų judėjimą nuo ryšio iki ryšio. Laidumas, atsirandantis puslaidininkio tūryje dėl nutrūkusių ryšių, vadinamas savo laidumą. Yra du laidumo tipai: n – tipas ir p – tipas (iš žodžių neigiamas – neigiamas, teigiamas – teigiamas). Laidumas n – tipas vadinamas elektroniniu, o p – tipas – skylė.
Atkreipkite dėmesį, kad valentiniai ryšiai gali nutrūkti ne tik dėl šiluminės energijos, bet ir dėl šviesos energijos ar elektrinio lauko energijos.
Viskas, ką mes svarstėme, galioja gryniesiems puslaidininkiams, t.y. puslaidininkiams be priemaišų. Priemaišų įvedimas keičia puslaidininkio elektrines savybes. Priemaišų atomai kristalinėje gardelėje užima pagrindinių atomų vietą ir sudaro porinius elektroninius ryšius su kaimyniniais atomais. Jei į gryno puslaidininkio (germanio) struktūrą įvedamas medžiagos, priklausančios periodinės elementų sistemos V grupei (pavyzdžiui, arseno atomas), atomas, tai šis atomas taip pat sudarys ryšius su kaimyniniais germanio atomais. Tačiau V grupės atomai turi 5 valentinius elektronus išoriniame apvalkale. Keturi iš jų sudaro stabilias porų elektronų ryšius, o penktasis bus nereikalingas. Šis elektrono perteklius yra daug silpniau surištas su savo atomu, ir jam atplėšti nuo atomo reikia mažiau energijos, nei atlaisvinti elektroną iš poros elektronų ryšio. Be to, tokio elektrono pavertimas laisvuoju krūvininku nėra susijęs su tuo pačiu metu atsiradusia skylė. Elektrono pabėgimas iš arseno atomo išorinio apvalkalo paverčia jį teigiamu jonu. Tada jau galima kalbėti apie šio atomo jonizaciją, šis teigiamas krūvis nepajudės, t.y. nėra skylė.
Didėjant arseno kiekiui germanio kristale, didėja laisvųjų elektronų skaičius, nepadidinant skylių skaičiaus, kaip buvo su vidiniu laidumu. Jei elektronų koncentracija gerokai viršija skylių koncentraciją, tai elektronai bus pagrindiniai srovės nešėjai. Šiuo atveju puslaidininkis vadinamas n tipo puslaidininkiu. Dabar į germanio kristalą įveskime III grupės atomą, pavyzdžiui, indžio atomą. Jame yra trys valentiniai elektronai. Jis sudaro stabilius ryšius su trimis germanio atomais. Ketvirtasis ryšys lieka neužpildytas, bet neturi krūvio, todėl indžio atomas ir šalia jo esantis germanio atomas lieka elektriškai neutralūs. Jau esant nedideliam šiluminiam sužadinimui, elektronas iš vienos iš gretimų elektronų poros ryšių gali patekti į šią ketvirtąją jungtį.
Kas nutiks? Išoriniame indžio apvalkale atsiras papildomas elektronas, atomas virsta neigiamu jonu. Elektros neutralumas bus pažeistas poros elektronų ryšyje, iš kurio kilo elektronas. Atsiras teigiamas krūvis – skylė šioje nutrūkusioje jungtyje. Padidėjus indžio kiekiui, padidės skylių skaičius ir jos taps pagrindiniais krūvininkais. Šiuo atveju puslaidininkis vadinamas p tipo puslaidininkiu.
Elektronų skylės perėjimas (p - n perėjimas).
p - n perėjimas vadinamas sritimi, esančia sąsajoje tarp vieno kristalo skylės ir elektronų sričių. Perėjimas nesukuriamas paprastu p ir n tipo puslaidininkinių plokštelių kontaktu. Jis sukuriamas viename kristale įvedant dvi skirtingas priemaišas, kurios sukuria jame elektronų ir skylių sritis.
1 pav. P - n perėjimo susidarymo ir veikimo mechanizmas.
a) daugumos ir mažumos nešėjai puslaidininkių regionuose.
b – p – n sandūros susidarymas.
c) difuzinės srovės ir laidumo srovės kryptis.
d - p–n sandūra veikiant išorinei atvirkštinei įtampai.
1 - elektronai; 2 - skylės; 3 – sąsaja; 4 - nejudrūs jonai.
Apsvarstykite puslaidininkį, kuriame yra dvi sritys: elektronas ir skylė. Pirmajame yra didelė elektronų koncentracija, antrajame - didelė skylių koncentracija. Pagal koncentracijos išlyginimo dėsnį elektronai linkę judėti (difuzuoti) iš n srities, kur jų koncentracija didesnė p srityje, skylėse, atvirkščiai. Toks krūvių judėjimas vadinamas difuzija. Šiuo atveju atsirandanti srovė yra difuzija. Koncentracijos išsilygintų tol, kol skylės ir elektronai pasiskirstytų tolygiai, tačiau tam trukdo besiformuojančio vidinio elektrinio lauko jėgos. Skylės, išeinančios iš p srities, jame palieka neigiamai jonizuotus atomus, o elektronai, išeinantys iš n srities – teigiamai jonizuotus atomus. Dėl to skylės sritis įkraunama neigiamai, o elektronų sritis – teigiamai. Tarp regionų yra elektrinis laukas, kurį sukuria du krūvių sluoksniai.
Taigi, šalia sąsajos tarp puslaidininkio elektroninių ir skylių sričių, atsiranda sritis, susidedanti iš dviejų priešingų ženklų sluoksnių, kurie sudaro vadinamąją p-n sandūrą. Potencialus barjeras nustatomas tarp p ir n regionų. Nagrinėjamu atveju susidariusios p – n sandūros viduje veikia elektrinis laukas E, kurį sukuria
du priešingų krūvių sluoksniai. Jeigu į elektrinį lauką patekusių elektronų kryptis su juo sutampa, tai elektronai lėtėja. Dėl skylių yra atvirkščiai. Taigi dėl atsirandančio elektrinio lauko difuzijos procesas sustoja. 1 pav. matyti, kad tiek n-, tiek p srityje yra ir pagrindiniai, ir smulkieji krūvininkai. Mažumos nešėjai susidaro dėl vidinio laidumo. P-srities elektronai, darydami šiluminį chaotišką judėjimą, patenka į p-n sandūros elektrinį lauką ir perkeliami į n sritį. Tas pats atsitinka ir su skylėmis n regione. Srovė, kurią sudaro daugumos nešikliai, vadinama difuzine srove, o nepagrindinės – laidumo srove. Šios srovės yra nukreiptos viena į kitą, o kadangi bendra srovė izoliuotame laidininke yra lygi nuliui, jos yra lygios. Dabar perėjimui pritaikykime išorinę įtampą su pliusu į n sritį ir minusą į p sritį. Išorinio šaltinio sukurtas laukas sustiprins vidinio lauko p - n perėjimo poveikį. Difuzijos srovė sumažės iki nulio, nes elektronai iš n srities ir skylės iš p srities yra tempiami iš p-n sandūros į išorinius kontaktus, todėl p-n sandūra išsiplės. Per sandūrą teka tik laidumo srovė, kuri vadinama atvirkštine srove. Jį sudaro elektronų ir skylių laidumo srovės. Tokiu būdu naudojama įtampa vadinama atvirkštine įtampa. Srovės priklausomybė nuo įtampos parodyta paveikslėlyje.
Ryžiai. P-n sandūros srovės-įtampos charakteristika. 2 - tiesi šaka; 1 - atvirkštinė šaka.
Jei išorinė įtampa yra taikoma su pliusu į p - sritį, o su minusu į n - sritį, tada šaltinio elektrinis laukas bus nukreiptas į p - n perėjimo lauką ir susilpnins jo poveikį. Taip padidės difuzinė (nuolatinė) srovė (2). Šis reiškinys yra puslaidininkinio diodo veikimo pagrindas.
Didžioji dauguma šiuolaikinių puslaidininkinių įtaisų veikia dėl reiškinių, atsirandančių ties skirtingų tipų elektros laidumo medžiagų ribomis.
Puslaidininkiai yra dviejų tipų – n ir p. Išskirtinis n tipo puslaidininkinių medžiagų bruožas yra tas, kad jos yra neigiamai įkrautos elektronų. P tipo puslaidininkinėse medžiagose tą patį vaidmenį atlieka vadinamoji skyles kurie yra teigiamai įkrauti. Jie atsiranda po to, kai atomas atitrūksta elektronas, ir todėl susidaro teigiamas krūvis.
Silicio monokristalai naudojami n tipo ir p tipo puslaidininkinėms medžiagoms gaminti. Jų skiriamasis bruožas – itin aukštas cheminio grynumo laipsnis. Galima žymiai pakeisti šios medžiagos elektrofizines savybes, į ją įvedant iš pirmo žvilgsnio visai nereikšmingų priemaišų.
Simbolis „n“, naudojamas puslaidininkiams žymėti, kilęs iš žodžio „ neigiamas» (« neigiamas“). Pagrindiniai n tipo puslaidininkių medžiagų krūvininkai yra elektronų. Norint juos gauti, į silicį įvedamos vadinamosios donorinės priemaišos: arsenas, stibis, fosforas.
Simbolis "p", naudojamas puslaidininkiams žymėti, kilęs iš žodžio " teigiamas» (« teigiamas“). Pagrindiniai krūvininkai juose yra skyles. Norint juos gauti, į silicį įvedamos vadinamosios akceptorinės priemaišos: boras, aliuminis.
Nemokamas skaičius elektronų ir numeris skyles gryname puslaidininkiniame kristale yra lygiai toks pat. Todėl, kai puslaidininkinis įtaisas yra pusiausvyros būsenoje, tada kiekviena jo sritis yra elektriškai neutrali.
Pradėkime nuo to, kad n sritis yra glaudžiai susijusi su p sritimi. Tokiais atvejais tarp jų susidaro pereinamoji zona, tai yra tam tikra erdvė, kuri yra išeikvota. Jis taip pat vadinamas " barjerinis sluoksnis“, kur skyles ir elektronų atlikti rekombinaciją. Taigi dviejų puslaidininkių, turinčių skirtingus laidumo tipus, sandūroje susidaro zona, vadinama p-n sandūra.
Įvairių tipų puslaidininkių sąlyčio taške skylės iš p tipo srities dalinai seka į n tipo sritį, o elektronai – atitinkamai priešinga kryptimi. Todėl p tipo puslaidininkis įkraunamas neigiamai, o n tipo puslaidininkis – teigiamai. Tačiau ši difuzija trunka tik tol, kol pereinamojoje zonoje atsirandantis elektrinis laukas nepradeda jai trukdyti, dėl ko judėjimas ir e. elektronų, ir skyles sustoja.
Parduodamuose puslaidininkiniuose įrenginiuose, skirtuose naudoti p-n sandūra jam turi būti prijungta išorinė įtampa. Priklausomai nuo to, koks bus jo poliškumas ir vertė, priklauso perėjimo elgesys ir tiesiogiai per jį einanti elektros srovė. Jei srovės šaltinio teigiamas polius yra prijungtas prie p srities, o neigiamas - prie n srities, tada yra tiesioginis ryšys p-n sandūra. Jei poliškumas pasikeis, atsiras situacija, vadinama atvirkštiniu įtraukimu. p-n sandūra.
Tiesioginis ryšys
Kai užmezgamas tiesioginis ryšys p-n sandūra, tada veikiant išorinei įtampai jame susidaro laukas. Jo kryptis vidinio difuzinio elektrinio lauko krypčiai yra priešinga. Dėl to mažėja susidaręs lauko stiprumas, siaurėja barjerinis sluoksnis.
Dėl tokio proceso nemaža dalis pagrindinių krūvininkų pereina į kaimyninį regioną. Tai reiškia, kad iš srities p į sritį n tekės susidariusi elektros srovė skyles ir priešinga kryptimi - elektronų.
Atvirkštinis įtraukimas
Kada yra atvirkščiai p-n sandūra, tada gautoje grandinėje srovės stipris yra žymiai mažesnis nei esant tiesioginiam prijungimui. Faktas yra tas skyles iš n srities pateks į sritį p, o elektronai iš srities p į sritį n. Mažas srovės stiprumas yra dėl to, kad regione p yra mažai elektronų, ir atitinkamai n srityje, skyles.
