pn-tranzicioni(n - negativ - negativ, elektronik, p - pozitiv - pozitiv, vrimë), ose tranzicion elektron-vrimë - një lloj homotranzicioni, Zona p-n kryqëzim a i quajtur rajon gjysmëpërçues, në të cilin ka një ndryshim hapësinor në llojin e përçueshmërisë nga elektronike n te vrima fq.
Një tranzicion elektron-vrima mund të krijohet në mënyra të ndryshme:
- në pjesën më të madhe të të njëjtit material gjysmëpërçues i dopuar në një pjesë me një papastërti dhuruesi ( n-rajon), dhe në tjetrin - pranues ( fq-Rajon);
- në ndërfaqen ndërmjet dy gjysmëpërçuesve të ndryshëm tipe te ndryshme përçueshmëri.
Nese nje pn- kalimi përftohet duke shkrirë papastërtitë në një gjysmëpërçues me një kristal, pastaj kalimi nga n- te R-rajoni ndodh papritur (tranzicion i mprehtë). Nëse përdoret difuzioni i papastërtive, formohet një tranzicion i qetë.
diagrami i energjisë pn-tranzicioni. a) Gjendja e ekuilibrit b) Me tension të aplikuar përpara c) Me tension të kundërt të aplikuar
Kur dy zona bien në kontakt n- dhe fq- lloji për shkak të gradientit të përqendrimit të bartësve të ngarkesës, difuzioni i këtij të fundit ndodh në rajonin me llojin e kundërt të përçueshmërisë elektrike. AT fq-rajon pranë kontaktit, pas difuzionit të vrimave prej tij, mbeten pranues jonizues të pakompensuar (ngarkesa fikse negative), dhe në n-rajonet - donatorë të jonizuar të pakompensuar (tarifa fikse pozitive). Formuar rajoni i ngarkesës hapësinore(SCR), i përbërë nga dy shtresa të ngarkuara në mënyrë të kundërt. Midis ngarkesave të kundërta të pakompensuara të papastërtive të jonizuara, lind një fushë elektrike e drejtuar nga n- zona për të fq-rajon dhe quhet fushë elektrike e difuzionit. Kjo fushë parandalon përhapjen e mëtejshme të transportuesve kryesorë përmes kontaktit - vendoset një gjendje ekuilibri (në këtë rast, ekziston një rrymë e vogël e transportuesve kryesorë për shkak të difuzionit, dhe rryma e transportuesve të pakicës nën veprimin e fushës së kontaktit, këto rryma kompensojnë njëra-tjetrën). Ndërmjet n- dhe fq-zonat në këtë rast ka një ndryshim potencial, i quajtur diferenca e potencialit të kontaktit. Potenciali i rajonit n është pozitiv në lidhje me potencialin fq- zona. Zakonisht ndryshimi i potencialit të kontaktit në këtë rastështë të dhjetat e voltit.
Fusha elektrike e jashtme ndryshon lartësinë e barrierës dhe prish ekuilibrin e rrjedhave të bartësit aktual nëpër barrierë. Nëse aplikohet një potencial pozitiv për fq-rajon, atëherë pengesa potenciale zvogëlohet (paragjykimi përpara), dhe SCR ngushtohet. Në këtë rast, me rritjen e tensionit të aplikuar, numri i transportuesve të shumicës të aftë për të kapërcyer pengesën rritet në mënyrë eksponenciale. Sapo këta transportues të kenë kaluar p - n-tranzicioni, ato bëhen të vogla. Prandaj, përqendrimi i bartësve të pakicës në të dy anët e kryqëzimit rritet (injeksioni i minoritetit bartës). Njëkohësisht në fq- dhe n-rajonet përmes kontakteve hyjnë në sasi të barabarta të transportuesve kryesorë, duke shkaktuar kompensimin e tarifave të transportuesve të injektuar. Si rezultat, shkalla e rikombinimit rritet dhe një rrymë jozero shfaqet përmes kryqëzimit, e cila rritet në mënyrë eksponenciale me rritjen e tensionit.
Aplikimi i potencialit negativ për fq-rajoni (paragjykimi i kundërt) çon në një rritje të pengesës së mundshme. Difuzioni i shumicës së transportuesve nëpër kryqëzim bëhet i papërfillshëm. Në të njëjtën kohë, flukset e transportuesve të pakicave nuk ndryshojnë (nuk ka asnjë pengesë për ta). Transportuesit e vegjël të ngarkesës tërhiqen në fushën elektrike pn-kalimi dhe kalimi përmes tij në rajonin fqinj (nxjerrja e transportuesve të vegjël). Flukset e bartësve të pakicës përcaktohen nga shpejtësia e gjenerimit termik të çifteve elektron-vrima. Këto avuj shpërndahen në pengesë dhe ndahen nga fusha e saj, si rezultat i së cilës, përmes pn-rrjedhjet e rrymës së tranzicionit Unë s(rryma e ngopjes), e cila zakonisht është e vogël dhe pothuajse e pavarur nga voltazhi. Kështu, karakteristika aktuale e tensionit të kryqëzimit p-n ka një jolinearitet të theksuar. Kur ndryshoni shenjën U vlera e rrymës përmes kryqëzimit mund të ndryshojë me një faktor prej 10 5 - 10 6 herë. Në këtë mënyrë pn-kryqëzimi mund të përdoret për të korrigjuar rrymat alternative (diodë).
Karakteristikat e volt-amperit
Për të nxjerrë varësinë e madhësisë së rrymës përmes pn-kalimi nga tensioni i paragjykimit të jashtëm V, duhet të marrim parasysh veçmas rrymat e elektroneve dhe të vrimave. Në vijim do të shënojmë me simbolin J dendësia e fluksit të grimcave dhe simboli j- dendësia e rrymës elektrike; pastaj j e = −eJ e , j h = eJ h.
Karakteristikat e volt-amperit pn-tranzicioni. Unë s- rryma e ngopjes, U pr- tensioni i prishjes.
Në V= 0 si J e ashtu edhe J h zhduken. Kjo nuk do të thotë, natyrisht, se nuk ka lëvizje të bartësve individualë përmes kryqëzimit, por vetëm se një numër i barabartë elektronesh (ose vrimash) lëvizin në të dy drejtimet. Në V≠ 0 bilanci është prishur. Konsideroni, për shembull, një rrymë vrime përmes një shtrese të varfëruar. Ai përfshin dy komponentët e mëposhtëm:
- Rryma e gjenerimit n- zonat në fq- zona e tranzicionit. Siç nënkupton edhe emri, kjo rrymë është për shkak të vrimave të krijuara direkt në n- rajonet e shtresës së varfëruar gjatë ngacmimit termik të elektroneve nga nivelet e brezit të valencës. Edhe pse përqendrimi i vrimave të tilla (bartësve të vegjël) në n- zona është jashtëzakonisht e vogël në krahasim me përqendrimin e elektroneve (bartësit kryesorë), ata luajnë rol i rendesishem në bartjen e rrymës përmes kryqëzimit. Kjo është për shkak se çdo vrimë që hyn në shtresën e varfërimit transferohet menjëherë në fq- zona nën veprimin e një fushe të fortë elektrike që ekziston brenda shtresës. Si rezultat, madhësia e rrymës së gjenerimit të gjeneruar nuk varet nga vlera e ndryshimit të mundshëm në shtresën e varfëruar, pasi çdo vrimë që shfaqet në shtresë transferohet nga n- zonat në fq-Rajon.
- Rryma e rikombinimit, domethënë, rryma e vrimës që rrjedh nga fq- zonat në n-Rajon. Fusha elektrike në shtresën e varfërimit kundërshton këtë rrymë dhe vetëm ato vrima që godasin kufirin e shtresës së varfërimit, duke pasur energji të mjaftueshme kinetike për të kapërcyer pengesën e mundshme, kontribuojnë në rrymën e rikombinimit. Numri i vrimave të tilla është proporcional me e −eΔФ/kT dhe si rrjedhim
Ndryshe nga rryma e gjenerimit, rryma e rikombinimit është jashtëzakonisht e ndjeshme ndaj madhësisë së tensionit të aplikuar. V. Mund të krahasojmë madhësitë e këtyre dy rrymave duke vënë në dukje se në V= 0 nuk ka rrymë totale përmes kryqëzimit: J h rec (V = 0) = J h gen Nga kjo rrjedh se J h rec = J hgen e eV/kT. Rryma totale e vrimës që rrjedh nga fq- zonat në n-rajon, është ndryshimi midis rrymave të rikombinimit dhe gjenerimit:
J h= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
Një konsideratë e ngjashme është e zbatueshme për përbërësit e rrymës së elektroneve, me ndryshimin e vetëm që rrymat e gjenerimit dhe të rikombinimit të elektroneve drejtohen në kundërshtim me rrymat korresponduese të vrimës. Meqenëse elektronet kanë ngarkesa të kundërta, rrymat elektrike të gjenerimit dhe rikombinimit të elektroneve përkojnë në drejtim me rrymat elektrike të gjenerimit dhe rikombinimit të vrimave. Pra, dendësia totale rryme elektrike ka j = e(J h gen + J e gen) (e eV/kT − 1).
Kapaciteti pn-Tranzicioni dhe përgjigja e frekuencës
pn-Tranzicioni mund të konsiderohet si një kondensator i sheshtë, pllakat e të cilit janë zona n- dhe fq- tipi jashtë kryqëzimit, dhe izoluesi është rajoni i ngarkesës hapësinore, i varfëruar në transportues të ngarkesës dhe që ka një rezistencë të lartë. Një enë e tillë quhet pengesë. Varet nga tensioni i jashtëm i aplikuar, pasi tensioni i jashtëm ndryshon ngarkesën hapësinore. Në të vërtetë, një rritje në pengesën potenciale nën paragjykim të kundërt do të thotë një rritje në diferencën e mundshme ndërmjet n- dhe fq- zonat e një gjysmëpërçuesi, dhe, si rrjedhim, një rritje në ngarkesat e tyre hapësinore. Meqenëse ngarkesat hapësinore janë të palëvizshme dhe shoqërohen me jone dhuruese dhe pranuese, një rritje në ngarkesën hapësinore mund të jetë vetëm për shkak të një zgjerimi të rajonit të tij dhe, rrjedhimisht, një rënie në kapacitetin elektrik të kryqëzimit. Në varësi të zonës së kryqëzimit, përqendrimit të dopantit dhe tensionit të kundërt, kapaciteti i barrierës mund të marrë vlera nga njësitë në qindra pikofarad. Kapaciteti pengues shfaqet në tension të kundërt; në tension të drejtpërdrejtë, ai shuhet nga një rezistencë e vogël pn-tranzicioni. Për shkak të kapacitetit pengues, varikapat funksionojnë.
Përveç kapacitetit pengues pn-tranzicioni ka një të ashtuquajtur kapaciteti i difuzionit. Kapaciteti i difuzionit shoqërohet me proceset e akumulimit dhe resorbimit të një ngarkese jo-ekuilibri në bazë dhe karakterizon inercinë e lëvizjes së ngarkesave jo-ekuilibër në rajonin bazë. Kapaciteti i difuzionit është për shkak të faktit se një rritje në tension në të gjithë pn-Tranzicioni çon në një rritje të përqendrimit të transportuesve të shumicës dhe pakicës, domethënë në një ndryshim në përgjegjësi. Kapaciteti i difuzionit është proporcional me rrymën që kalon pn-tranzicioni. Kur aplikohet një paragjykim përpara, kapaciteti i difuzionit mund të arrijë dhjetëra mijëra pikofarad.
Qarku ekuivalent pn-tranzicioni. C b- kapaciteti pengues, C d- kapaciteti i difuzionit, Ra- rezistenca diferenciale pn- tranzicioni, rështë rezistenca pjesa më e madhe e bazës.
Kapaciteti total pn-Tranzicioni përcaktohet nga shuma e kapaciteteve të barrierës dhe difuzionit. Qarku ekuivalent pn-Tranzicioni në rrymë alternative është paraqitur në figurë. Në qarkun ekuivalent paralel me rezistencën diferenciale pn-R tranzicioni dhe kapaciteti i difuzionit të përfshirë C d dhe kapacitetin pengues NGA b; rezistenca e vëllimit bazë është e lidhur në seri me to r. Me një rritje të frekuencës së tensionit të alternuar të aplikuar në pn-Tranzicioni, vetitë kapacitore po bëhen më të forta, R a i izoluar nga kapaciteti dhe rezistenca totale pn-Tranzicioni përcaktohet nga rezistenca pjesa më e madhe e bazës. Pra në frekuenca të larta pn-Tranzicioni humbet vetitë e tij lineare.
Thyej pn-tranzicioni
prishja e diodës- ky është fenomeni i një rritje të mprehtë të rrymës së kundërt përmes diodës kur tensioni i kundërt arrin një vlerë të caktuar kritike për një diodë të caktuar. Varet nga dukuritë fizike që çojnë në një avari, ka avari orteku, tuneli, sipërfaqësor dhe termik.
- Prishja e ortekut(jonizimi i ndikimit) është mekanizmi më i rëndësishëm i zbërthimit pn-tranzicioni. Tensioni i ortekut përcakton kufirin e sipërm të tensionit të kundërt të shumicës së diodave. Prishja shoqërohet me formimin e një orteku të bartësve të ngarkesës nën veprimin e një fushe të fortë elektrike, në të cilën transportuesit fitojnë energji të mjaftueshme për të formuar çifte të reja elektron-vrima si rezultat i jonizimit të ndikimit të atomeve gjysmëpërçues.
- prishja e tunelit Një tranzicion elektron-vrima quhet një ndarje elektrike e tranzicionit të shkaktuar nga tunelizimi mekanik kuantik i transportuesve të ngarkesës përmes hendekut brez të një gjysmëpërçuesi pa ndryshuar energjinë e tyre. Tunelizim i elektroneve është i mundur me kusht që gjerësia e pengesës potenciale që duhet kapërcyer nga elektronet të jetë mjaft e vogël. Për të njëjtin hendek brezi (për të njëjtin material), gjerësia e pengesës së mundshme përcaktohet nga forca e fushës elektrike, domethënë pjerrësia nivelet e energjisë dhe zonave. Rrjedhimisht, kushtet për tunelimin lindin vetëm në një forcë të caktuar të fushës elektrike ose në një tension të caktuar në kryqëzimin elektron-vrima - në një tension prishjeje. Vlera e kësaj fuqie kritike të fushës elektrike është afërsisht 8∙10 5 V/cm për kryqëzimet e silikonit dhe 3∙10 5 V/cm për kryqëzimet e germaniumit. Meqenëse probabiliteti i tunelit varet shumë nga forca e fushës elektrike, efekti i tunelit shfaqet nga jashtë si një prishje e diodës.
- Prishja e sipërfaqes (rryma e rrjedhjes). Reale pn kryqëzimet kanë seksione që shtrihen në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit. Për shkak të ndotjes së mundshme dhe pranisë së ngarkesave sipërfaqësore midis rajoneve p- dhe n, mund të formohen filma përçues dhe kanale përçuese, përmes të cilave rrjedh rryma e rrjedhjes I ut. Kjo rrymë rritet me një rritje të tensionit të kundërt dhe mund të tejkalojë rrymën termike I 0 dhe gjenin e rrymës së gjenerimit I. Iut aktual varet dobët nga temperatura. Për të reduktuar intensitetin, përdoren veshje mbrojtëse të filmit.
- zbërthimi termik- ky është një avari, zhvillimi i të cilit është për shkak të lëshimit të nxehtësisë në kryqëzimin elektrik ndreqës për shkak të kalimit të rrymës përmes kryqëzimit. Kur aplikohet një tension i kundërt, pothuajse i gjithë bie pn kryqëzim nëpër të cilin rrjedh, megjithëse një rrymë e vogël, e kundërt. Fuqia e prodhuar shkakton nxehtësi pn kryqëzimi dhe zonat ngjitur të gjysmëpërçuesit. Me shpërndarje të pamjaftueshme të nxehtësisë, kjo fuqi shkakton një rritje të mëtejshme të rrymës, e cila çon në prishje. Ndarja termike, ndryshe nga ato të mëparshme, është e pakthyeshme.
Aplikacion
- Diodat Zener (diodë Zener (Zener))
- LED (dioda të rrumbullakëta Henry)
Fondacioni Wikimedia. 2010 .
Shihni se çfarë është "P - n-tranzicioni" në fjalorë të tjerë:
Tranzicioni është procesi i kalimit nga një pozicion ose gjendje në një tjetër; si dhe një vend të përshtatshëm ose të destinuar për një lëvizje të tillë: Përmbajtja 1 Në ndërtim 2 Lëvizja 3 Në fizikë ... Wikipedia
Një nga kryesore ligjet materialiste. dialektika, sipas së cilës ndryshimi i cilësisë së objektit ndodh kur grumbullohet sasia. ndryshimet arrijnë një pikë të caktuar. limit. Ky ligj zbulon mekanizmin më të përgjithshëm të zhvillimit. Enciklopedi Filozofike
Tranzicioni, m. 1. vetëm njësi. Veprimi ndaj foljes. shko-shko (1). Kalimi nga Moska në Kolomna zgjati disa orë. Kalimi i komandantit Suvorov nëpër Alpe. Kalimi i lumit. Kalimi në gjërat e ardhshme. Kalimi në kontabilitetin e kostos. Shkoni në…… Fjalor Ushakov
Kalimi në kohën "dimërore".- në territorin e Federatës Ruse kryhet të dielën e fundit të tetorit në orën 3:00 me orën lokale duke e zhvendosur orën një orë pas. Për herë të parë, lëvizja e akrepave të orës një orë përpara në verë dhe një orë prapa në dimër për të kursyer energji ... ... Enciklopedia e prodhuesve të lajmeve
Kalimi në kohën "dimërore" dhe "verore".- Rusia 30 vjet pas prezantimit të kalimit në dimër / koha e verës Duke braktisur këtë praktikë që nga vjeshta e vitit 2011, rusët nuk do ta zhvendosin orën një orë pas, tha të martën presidenti rus Dmitri Medvedev. Kalimi në dimër ... ... Enciklopedia e prodhuesve të lajmeve
Kalimi në kohën "dimërore": ekonomike "për" dhe mjekësore "kundër"- 28 tetor në orën 3 (koha lokale) në Rusi do të ketë një kalim në koha e dimrit. Lëvizja e orës një orë përpara në verë dhe një orë prapa në dimër për të kursyer burimet e energjisë u krye për herë të parë në Britaninë e Madhe në vitin 1908. Ide… Enciklopedia e prodhuesve të lajmeve
Kalimi në orën "dimërore" / "verë".- Për herë të parë, transferimi i akrepave të orës një orë përpara në verë dhe një orë prapa në dimër për të kursyer burimet e energjisë u krye në Britaninë e Madhe në vitin 1908. Vetë ideja e kursimit të burimeve të energjisë duke përkthyer shigjetat i përket ... ... Enciklopedia e prodhuesve të lajmeve
Tranzicioni fazor, i shoqëruar nga një ndryshim në madhësinë dhe natyrën e përçueshmërisë elektrike me një ndryshim në temperaturën T, presionin p, magn. fusha H ose përbërja e materies. P. m. d. janë vërejtur në një numër të të ngurta, ndonjëherë në lëngje dhe gazra (avujt e dendur të metaleve) ... Enciklopedia Fizike
- (rregulli i "dorës", ligji i Pedersenit) një ndryshim fonetik që ndodhi në gjuhën e hershme protosllave. Përmbajtja 1 Përshkrimi i fenomenit 1.1 ... Wikipedia
Kalimi i ushtrisë së Aleksandër Suvorov nëpër Alpet Zvicerane- Fushata zvicerane e ushtrisë së Alexander Vasilyevich Suvorov - tranzicioni i trupave ruse nën komandën e gjeneral Marshallit Suvorov nga Italia Veriore përmes Alpeve në Zvicër, zgjati nga 10 shtatori deri më 27 shtator 1799. Është kryer gjatë luftës së dytë ... ... Enciklopedia e prodhuesve të lajmeve
TRANZICION- (1) në programim, një komandë për ekzekutuesin për të vazhduar ekzekutimin e algoritmit (programit) nga fleta e treguar nga kjo komandë. Ekzistojnë: a) Operacioni P. i pakushtëzuar që transferon kontrollin në një adresë të paracaktuar, e cila tregohet në vetvete ... ... Enciklopedia e Madhe Politeknike
Kryqëzimi p-n (p-en) - një rajon i hapësirës në kryqëzimin e dy gjysmëpërçuesve të tipit p dhe n, në të cilin ndodh një kalim nga një lloj përçueshmërie në tjetrin, një tranzicion i tillë quhet gjithashtu një tranzicion elektron-vrimë.
Në total ekzistojnë dy lloje të gjysmëpërçuesve - lloje p dhe n. Në tipin n, transportuesit kryesorë të ngarkesës janë elektronet , dhe në tipin p, ato kryesore janë të ngarkuara pozitivisht vrima. Një vrimë pozitive lind pas ndarjes së një elektroni nga një atom dhe në vend të saj formohet një vrimë pozitive.
Për të kuptuar se si funksionon një kryqëzim p-n, duhet të studioni përbërësit e tij, domethënë një gjysmëpërçues të tipit p dhe n.
Gjysmëpërçuesit e tipit p dhe n janë bërë në bazë të silikonit me një kristal, i cili ka një një shkallë të lartë pastërtia, kështu që papastërtitë më të vogla (më pak se 0.001%) ndryshojnë ndjeshëm vetitë e tij elektrike.
Në një gjysmëpërçues të tipit n, shumica e transportuesve të ngarkesës janë elektronet . Për t'i përdorur ato papastërtitë e donatorëve, të cilat futen në silikon,- fosfor, antimoni, arsenik.
Në një gjysmëpërçues të tipit p, shumica e transportuesve të ngarkesës janë të ngarkuar pozitivisht vrima . Për t'i përdorur ato papastërtitë pranuese — alumini, bor
Lloji i gjysmëpërçuesit n (përçueshmëria elektronike)
Një atom fosfori i papastërtisë zakonisht zëvendëson atomin kryesor në vendet e rrjetës kristalore. Në këtë rast, katër elektrone valente të atomit të fosforit hyjnë në një lidhje me katër elektrone valente të katër atomeve fqinje të silikonit, duke formuar një shtresë të qëndrueshme prej tetë elektronesh. Elektroni i pestë i valencës së atomit të fosforit është i lidhur dobët me atomin e tij dhe nën veprim forcat e jashtme(dridhjet termike të grilës, fusha elektrike e jashtme) bëhet lehtësisht e lirë, duke krijuar përqendrim i rritur elektronet e lira . Kristali fiton përçueshmëri elektronike ose përçueshmëri të tipit n . Në këtë rast, atomi i fosforit, i lirë nga një elektron, është i lidhur ngushtë me rrjetë kristali silikoni ka një ngarkesë pozitive, dhe elektroni është një ngarkesë negative e lëvizshme. Në mungesë të forcave të jashtme, ato kompensojnë njëra-tjetrën, d.m.th., në silikon n-llojpërcaktohet numri i elektroneve të përcjelljes së lirë numri i atomeve të futura të papastërtisë së dhuruesit.
Gjysmëpërçuesi p - lloji (përçueshmëria e vrimës)
Një atom alumini, i cili ka vetëm tre elektrone valente, nuk mund të formojë në mënyrë të pavarur një shtresë të qëndrueshme me tetë elektrone me atomet fqinje të silikonit, pasi për këtë i duhet një elektron më shumë, të cilin e merr nga një prej atomeve të silikonit afër. Një atom silikoni pa elektron ka një ngarkesë pozitive dhe, duke qenë se mund të kapë një elektron nga një atom silikoni fqinj, mund të konsiderohet një ngarkesë pozitive e lëvizshme, që nuk shoqërohet me rrjetën kristalore, e quajtur vrimë. Një atom alumini që ka kapur një elektron bëhet një qendër e ngarkuar negativisht e lidhur fort me rrjetën kristalore. Përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi të tillë është për shkak të lëvizjes së vrimave, prandaj quhet gjysmëpërçues i vrimave të tipit p. Përqendrimi i vrimës korrespondon me numrin e atomeve të papastërtisë së pranuesit të futur.
Tranzicioni elektron-vrimë ( fq–n-kryqëzimi) është një shtresë kalimtare midis dy rajoneve të një gjysmëpërçuesi me përçueshmëri elektrike të ndryshme, në të cilën ka një fushë elektrike difuzioni.
Rajonet ndahen nga një rrafsh ku ndryshon lloji i papastërtive mbizotëruese dhe quhet kufiri metalurgjik. Pranë kufirit metalurgjik ka një shtresë të varfëruar nga transportuesit e lëvizshëm të ngarkesës, ku janë të pranishëm atomet e papastërtisë jonizuese të palëvizshme (Fig. 3.1).
Oriz. 3.1. Tranzicioni elektron-vrimë
Jonet e palëvizshme në shtresën e varfëruar krijojnë ngarkesa elektrike hapësinore me polaritet pozitiv dhe negativ. Kjo krijon një fushë elektrike difuzioni me forcë E diferenciale dhe diferenca e potencialit të kontaktit k. Vlera e kontaktit
diferenca potenciale varet nga përqendrimi i papastërtisë së pranuesit
N A, N D dhe temperaturat:
.
Trashësia e shtresës së varfër varet gjithashtu nga përqendrimi i papastërtive:
,
ku PORështë koeficienti i përcaktuar nga materiali gjysmëpërçues.
3.2. aktuale përmes p-n- tranzicionit
Nëpërmjet p–n-rrjedhjet e rrymës së kryqëzimit, që përfaqësojnë shumën e komponentëve të difuzionit dhe driftit. Rryma e difuzionit formohet nga bartësit kryesorë të ngarkesës, për lëvizjen e të cilëve fusha e difuzionit vonon. Rritja e rrymës së difuzionit rrit fuqinë e fushës E dif, ndryshimi i potencialit të kontaktit dhe pengesa potenciale. Kjo rezulton në një ulje të rrymës. Kështu, vendoset një ekuilibër.
Rryma e driftit formohet nga bartës të pakicës së ngarkesës, për të cilët fusha e difuzionit është duke u përshpejtuar.
Në gjendjen e ekuilibrit, shuma e rrymave të difuzionit dhe zhvendosjes është e barabartë me zero:
I ndryshim + I dr = 0.
3.3. Lidhje direkte fq–n-tranzicioni
Një lidhje direkte është një përfshirje e tillë në të cilën fusha e krijuar nga tensioni i jashtëm drejtohet kundër fushës së difuzionit (Fig. 3.2).
Oriz. 3.2. Lidhje direkte p–n-tranzicioni
Si rezultat, diferenca e potencialit të kontaktit zvogëlohet, pengesa e mundshme zvogëlohet dhe rryma e transportuesve kryesorë të ngarkesës përmes kryqëzimit rritet.
3.4. Përfshirja e kundërt fq – n-tranzicioni
Përfshirja e kundërt fq – n-Tranzicioni karakterizohet nga fakti se intensiteti i fushës së krijuar nga tensioni i jashtëm përkon në drejtim me intensitetin e fushës së difuzionit.(Fig. 3.3).
Oriz. 3.3. Përfshirja e kundërt fq–n-tranzicioni
Si rezultat, ndryshimi i potencialit të kontaktit rritet, pengesa potenciale rritet dhe rryma e transportuesve kryesorë të ngarkesës përmes kryqëzimit zvogëlohet.
3.5. (VAC)
idealizuar p-n- tranzicionit
Karakteristikat e volt-amperit fq–n-Tranzicioni është varësia e rrymës përmes kalimit nga tensioni i aplikuar në të.
Idealizimi p–n-Tranzicioni është për të marrë sa vijon
supozimet.
1. Zonat ngjitur me tranzicionin fq dhe n karakterizohen me zero rezistenca. Prandaj, një tension i jashtëm aplikohet drejtpërdrejt në fq–n-tranzicioni.
2. Në zonë fq–n-Tranzicioni, nuk ka procese të gjenerimit dhe rikombinimit të transportuesve pa pagesë. Pastaj rryma përmes kryqëzimit në varësi të tensionit të jashtëm të aplikuar në kryqëzim U e jashtme, d.m.th. Karakteristika e tensionit aktual mund të përshkruhet me formulën Shockley:
,
ku I 0 - rryma termike, e cila krijohet nga transportuesit e vegjël të ngarkesës dhe varet nga tre faktorë:
1) përqendrimi i bartësve të ngarkesës së vogël, në përpjesëtim të zhdrejtë me përqendrimin e papastërtive;
2) hendeku brezi Than më shumë tema më pak -
ajo I 0 ;
3) temperatura. Me një rritje të temperaturës, shkalla e gjenerimit të transportuesve të ngarkesës rritet dhe përqendrimi i tyre rritet.
3.6. Diagrami i zonës (energjisë).
p-n- tranzicionit
Në U ext = 0. Gjendja e ekuilibrit. Niveli Fermi ka një vlerë për të gjithë strukturën (Fig. 3.4).
Në U ext 0. Lidhja direkte p–n-tranzicioni (Fig. 3.5).
Oriz. 3.4. Diagrami brezor i ekuilibrit p–n-tranzicioni
Oriz. 3.5. Diagrami i zonës me lidhje direkte fq-n-tranzicioni
Në U ext 0. Përfshirja e kundërt p–n-tranzicioni (Fig. 3.6).
Oriz. 3.6. Diagrami i zonës kur ndizet përsëri fq–n-tranzicioni
3.7. Dallimet CVC reale
dhe të idealizuar p–n-kalimet
Reale p–n-Tranzicionet janë, si rregull, asimetrike. Në këtë rast, përqendrimi i papastërtive në një rajon tejkalon përqendrimin e papastërtive në një tjetër. Zona me përqendrim më të lartë quhet emetues, me përqendrim më të ulët - baza. Një përqendrim më i ulët i papastërtive do të thotë përçueshmëri më e ulët elektrike dhe rezistencë më e lartë. Prandaj, realisht p–n-Tranzicionet neglizhojnë specifiken
rezistenca e bazës nuk është e mundur. Qarku ekuivalent i reales
p–n-Tranzicioni ka formën (Fig. 3.7).
Oriz. 3.7. Qarku ekuivalent i reales p–n-tranzicioni
Dallimi i dytë midis reales p–n-kalimi nga ai i idealizuar është prania në shtresën e varfëruar të proceseve të gjenerimit dhe rikombinimit të bartësve të ngarkesës. Prandaj, kur ndizet përsëri, rryma nëpër kryqëzim nuk është konstante, por varet nga tensioni i aplikuar në kryqëzim (Fig. 3.8).
Oriz. 3.8. Dallimi midis karakteristikave I–V të reales fq–n-kalim nga idealizimi
Dallimi i tretë është prania e fenomenit të prishjes në
përfshirja e kundërt p–n-tranzicioni.
3.8. Thyej p–n-tranzicioni
Zbërthimi shfaqet si rritje të mprehtë aktuale përmes
fq–n-kalim me një ndryshim të lehtë në tensionin e kundërt të aplikuar.
Ekzistojnë tre lloje të ndarjes.
Zbërthimi i ortekut - ndodh për shkak të riprodhimit të ortekëve të transportuesve të ngarkesës minoritare nga jonizimi i ndikimit. Tensioni në të cilin shfaqet rritet me rritjen e temperaturës (Fig. 3.9).
Oriz. 3.9. CVC gjatë prishjes së ortekëve
Prishja e tunelit - ndodh për shkak të kalimit të elektroneve nga një gjendje e lidhur në një gjendje të lirë pa u dhënë atyre energji shtesë. Me rritjen e temperaturës, tensioni i prishjes zvogëlohet (Fig. 3.10).
Oriz. 3.10. CVC në prishjen e tunelit p–n-tranzicioni
Ndarja termike është një avari, zhvillimi i të cilit është për shkak të lëshimit të nxehtësisë për shkak të kalimit të rrymës përmes tranzicionit. Ndryshe nga orteku dhe tuneli, ai është i pakthyeshëm, d.m.th., si rezultat i prishjes, tranzicioni pushon së funksionuari. Me rritjen e temperaturës, tensioni i prishjes zvogëlohet (Fig. 3.11).
Oriz. 3.11. CVC gjatë prishjes termike p–n-tranzicioni
3.9. Varësia nga VAC fq–n-tranzicioni
temperatura
Ndërsa temperatura rritet, rryma kalon p–n- kryqëzimi i drejtpërdrejtë rritet për shkak të rritjes së energjisë së transportuesve ngarkesë elektrike, të cilat, për shkak të kësaj, më lehtë e tejkalojnë pengesën e mundshme.
Kur ndizet përsëri p–n-Tranzicioni me rritjen e temperaturës, rryma përmes saj rritet për shkak të rritjes së shpejtësisë së gjenerimit të bartësve të ngarkesës në tranzicion (Fig. 3.12).
Oriz. 3.12. Varësia nga VAC p–n-kalimi nga temperatura
3.10. Varësia nga VAC p-n- kalimi nga materiali gjysmëpërçues
Karakteristikat e volt-amperit fq– n-kalimi varet nga hendeku i brezit të diagramit energjetik të materialit gjysmëpërçues.
Sa më i madh të jetë hendeku i brezit, aq më i ulët është shkalla e gjenerimit termik dhe aq më i ulët është përqendrimi i transportuesve të pakicës që krijojnë rrymën e kundërt. I 0 . Prandaj, rryma e kundërt është më e vogël.
Me lidhje direkte fq– n-Tranzicioni, rryma përmes tij do të jetë aq më e madhe, aq më e vogël është hendeku i brezit. Në të vërtetë, aktuale përmes fq– n-tranzicioni përkufizohet si
.
Me vlerë në rritje, rryma I 0 zvogëlohet dhe rryma I gjithashtu zvogëlohet.
Për materialet gjysmëpërçuese më të zakonshme Ge, Si dhe GaAs, karakteristikat I–V lidhen si më poshtë (Fig. 3.13).
Oriz. 3.13. Varësia nga VAC p–n-tranzicioni
nga materiali
3.11. Kapaciteti p–n-tranzicioni
Në shtresën e varfëruar fq– n-tranzicioni, ka ngarkesa hapësinore, të cilat formohen nga ngarkesat e papastërtive të jonizuara dhuruese dhe pranuese. Këto ngarkesa janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë. Prandaj, shtresa e varfërimit është si një kondensator. Meqenëse ngarkesat përcaktojnë barrierën e mundshme, kapaciteti quhet kapaciteti pengues. Vlera e saj është
Ku 
,
ku S- katror p–n- tranzicioni, Uështë tensioni i jashtëm i aplikuar në kryqëzim, n= 0.5 për një tranzicion të mprehtë, n= 0.3 për një tranzicion të qetë.
Varësia e kapacitetit të barrierës nga tensioni i aplikuar në kryqëzim quhet karakteristikë kapacitet-tension (Fig. 3.14).
Me lidhje direkte p–n-Tranzicioni, ndodh procesi i injektimit të bartësve të vegjël të ngarkesës. Përqendrimet e tepërta të bartësve të pakicës shfaqen në çdo rajon dhe, në përputhje me kushtin e neutralitetit elektrik, përqendrimet e tepërta të bartësve kryesorë janë të barabartë me to. Kështu, në n-Rajonet (si në një kondensator) janë gjetur të kenë një sasi të barabartë të ngarkesës pozitive të vrimave të tepërta (bartësit e pakicës) dhe ngarkesës negative të elektroneve të tepërta (bartësve të shumicës). Në mënyrë të ngjashme fq Regjioni sillet si një kondensator me një ngarkesë negative të elektroneve të tepërta (bartësve të pakicës) dhe një ngarkesë të barabartë pozitive të vrimave të tepërta (bartësve të shumicës).
Procesi i akumulimit të ngarkesave të tepërta zakonisht karakterizohet nga kapaciteti i difuzionit, i cili merr parasysh ndryshimin e bartësve të tepërt (vrima dhe elektrone) në të dy rajonet me një ndryshim në tension.
Kapaciteti i difuzionit përcaktohet nga rrymat direkte të difuzionit të vrimave Ip dhe elektronet Në(pra emri i kapacitetit) dhe jetëgjatësia e transportuesve të pakicave dhe:
.
Rrymat e difuzionit Ip dhe Në rriten me rritjen e tensionit përpara pn-kalimi dhe zhduket shpejt në anën e pasme. Prandaj, varësia NGA diferenciali i tensionit përafërsisht përsërit rrjedhën e degës direkte të karakteristikës I–V p–n-tranzicioni.
Qarku ekuivalent p–n-Tranzicioni, duke marrë parasysh vetitë e tij kapacitative, është paraqitur në fig. 3.15.
3.12. Kontakt metal-gjysmëpërçues
Kontaktet midis gjysmëpërçuesit dhe metalit përdoren gjerësisht për të formuar plumbat e jashtëm nga zonat gjysmëpërçuese të pajisjeve dhe krijimi i diodave me shpejtësi të lartë. Lloji i kontaktit metal-gjysmëpërçues përcaktohet nga funksioni i punës së elektroneve nga metali dhe gjysmëpërçuesi, rryma e përcjelljes së gjysmëpërçuesit dhe përqendrimi i papastërtive në të.
Funksioni i punës së elektroneve është energjia e nevojshme për transferimin e elektroneve nga niveli Fermi në tavanin e zonës së sipërme të lirë.
Në rastin e kontaktit ideal metal-gjysmëpërçues dhe pa marrë parasysh gjendjet e sipërfaqes, elektronet shpërndahen kryesisht nga një material me funksion më të ulët pune. Si rezultat i difuzionit dhe rishpërndarjes së ngarkesave, neutraliteti elektrik i rajoneve ngjitur me ndërfaqen është i shqetësuar, lind një fushë elektrike kontakti dhe një ndryshim potencial kontakti.
ku POR m, POR n është funksioni i punës së elektroneve nga metali dhe gjysmëpërçuesi.
Shtresa e tranzicionit në të cilën ka një fushë elektrike kontakti (ose difuzioni) dhe e cila formohet si rezultat i kontaktit midis një metali dhe një gjysmëpërçuesi quhet tranzicion Schottky.
Në varësi të llojit të përçueshmërisë elektrike të gjysmëpërçuesit dhe raportit të funksioneve të punës, në gjysmëpërçues mund të shfaqet një shtresë e varfëruar ose e pasuruar. Nëse funksioni i punës në një metal është më i vogël se funksioni i punës në një gjysmëpërçues POR m< POR n, atëherë elektronet kanë më shumë gjasa të kalojnë nga metali në gjysmëpërçues. Kjo çon në formimin e një shtrese të varfëruar në gjysmëpërçues, nëse gjysmëpërçuesi fq-lloj, apo edhe një shtresë inverse, nëse POR m<< POR n.Nëse gjysmëpërçuesi n-lloj, formohet një shtresë e pasuruar.
Në shtresat e varfëruara, ngarkesa hapësinore formohet si rezultat i shkeljes së kompensimit të ngarkesës së papastërtive të jonizuara nga transportuesit kryesorë, dhe në shtresat e pasuruara, për shkak të akumulimit të bartësve kryesorë të ngarkesës. Shtresa e pasuruar shkakton një rezistencë të ulët të rajonit afër kontaktit të gjysmëpërçuesit në krahasim me rezistencën e pjesës më të madhe të gjysmëpërçuesit. Prandaj, një tranzicion i tillë nuk ka veti korrigjuese dhe formon një kontakt omik. Në prani të një shtrese të varfëruar ose të kundërt, kryqëzimi Schottky ka veti ndreqëse, pasi tensioni i jashtëm, duke rënë kryesisht në një kryqëzim me rezistencë të lartë, do të ndryshojë lartësinë e pengesës së tij të mundshme, duke ndryshuar kushtet për kalimin e transportuesve të ngarkesës përmes kryqëzimin.
Një tipar karakteristik i tranzicionit ndreqës Schottky, në kontrast me p–n-Tranzicioni është një lartësi e ndryshme e barrierave potenciale për elektronet dhe vrimat. Si rezultat, transportuesit e ngarkesës së pakicës mund të mos injektohen në gjysmëpërçues përmes kryqëzimit Schottky. Prandaj, ato nuk grumbullohen dhe nuk ka nevojë për resorbimin e tyre. Prandaj shpejtësia e lartë e tranzicionit Schottky.
Heterunksionet
Një heterobashkim është një shtresë tranzicioni me një fushë elektrike difuzioni që ekziston midis dy gjysmëpërçuesve me përbërje kimike të ndryshme.
Gjerësia e brezave elektrikë të gjysmëpërçuesve të ndryshëm është e ndryshme. Prandaj, në ndërfaqen midis dy gjysmëpërçuesve (në kontaktin metalurgjik të heterobashkimit), fitohet një ndërprerje e pjesës së poshtme të brezit të përcjelljes dhe majës së brezit të valencës. Si rezultat i ndërprerjeve, lartësia e barrierave potenciale për elektronet dhe vrimat në heterobashkim rezulton të jetë e ndryshme. Kjo është një veçori e heterounksioneve, e cila përcakton vetitë specifike të heterounksioneve, në ndryshim nga fq–n-kalimet.
Heterbashkimet mund të formohen nga gjysmëpërçues me lloje të ndryshme përçueshmërie: fq–n, fq–fq, n–n. Në varësi të llojit të përçueshmërisë dhe hendekut të brezit të diagrameve të energjisë, rryma përmes kryqëzimit mund të përcaktohet si nga elektronet ashtu edhe nga vrimat. Për shembull, përmes kontaktit të germaniumit fq-lloji dhe arsenidi i galiumit n-lloj rrjedh kryesisht rrymë elektronike (Fig. 3.16).
Oriz. 3.16. Diagrami i brezit të tranzicionit Ge ( fq-lloj) - GaAs ( n-lloj)
Nëpërmjet tranzicionit të germaniumit fq-lloj, arsenid galium fq-lloj rrjedh kryesisht vrima e rrymës (Fig. 3.17).
Oriz. 3.17. Diagrami i brezit të tranzicionit Ge ( fq-lloj) - GaAs ( fq-lloj)
Për të formuar një heterobashkim me cilësi të lartë, është e nevojshme të përputhet lloji, orientimi dhe periudha e grilave kristalore të gjysmëpërçuesve kontaktues në mënyrë që rrjeta kristalore e një gjysmëpërçuesi me një numër minimal shkeljesh të kalojë në rrjetën kristalore të një gjysmëpërçuesi tjetër. Më të përdorurat në pajisjet gjysmëpërçuese janë heterobashkimet ndërmjet gjysmëpërçuesve të bazuar në arsenide, fosfide dhe antimonide të galiumit dhe aluminit. Për shkak të afërsisë së rrezeve kovalente të galiumit dhe aluminit, ndryshimet në përbërjen kimike të gjysmëpërçuesve në një heterobashkim ndodhin pa ndryshuar periudhën e rrjetës kristalore. Heterojunksionet krijohen gjithashtu në bazë të zgjidhjeve të ngurta shumëkomponente, në të cilat periudha e rrjetës nuk ndryshon kur përbërja ndryshon në një gamë të gjerë.
3.14. Struktura metal-izolator-gjysmëpërçues
Strukturat metal-dielektrike-gjysmëpërçuese (MIS) përbëjnë bazën e transistorëve MIS me efekt në terren, pajisjeve fotovoltaike, kondensatorëve të kontrolluar nga tensioni, dhe gjithashtu përdoren gjerësisht në qarqet e integruara.
Struktura më e thjeshtë MIS përmban një kristal gjysmëpërçues - një substrat, një shtresë dielektrike, një elektrodë metalike - një portë, një kontakt omik me nënshtresën (Fig. 3.17).
Oriz. 3.17. Struktura më e thjeshtë MIS
Struktura ka dy dalje - një portë dhe një kontakt me nënshtresën dhe është një kondensator MIS, kapaciteti i të cilit varet nga voltazhi U ndërmjet portës dhe daljes së nënshtresës.
Tensioni i portës krijon një fushë elektrike që depërton përmes një shtrese të hollë dielektrike (0,03 ... 0,1 μm) në shtresën afër sipërfaqes së gjysmëpërçuesit, ku ndryshon përqendrimin e bartësit. Në varësi të vlerës së tensionit, vërehen mënyrat e pasurimit, zbrazjes ose përmbysjes.
Qarku ekuivalent i strukturës MIS mund të përfaqësohet nga lidhja serike e dy kondensatorëve C Dështë kapaciteti i dielektrikut dhe Me g:
ku Jp është dendësia e ngarkesës së joneve të papastërtive të pakompensuara dhe bartësve të ngarkesës lëvizëse në gjysmëpërçues, j sur është tensioni në shtresën sipërfaqësore të gjysmëpërçuesit, S- zona e portës.
Struktura MIS më e përdorur bazohet në silikon, ku dielektriku është dioksidi i silikonit dhe porta është një film alumini.
Informacione të ngjashme.
Sipas aftësisë së tyre për të përcjellë rrymë elektrike, trupat e ngurtë fillimisht ndaheshin në përçues dhe dielektrikë. Më vonë u vu re se disa substanca përçojnë rrymën elektrike më keq se përçuesit, por ato nuk mund t'i atribuohen as dielektrikëve. Ata u veçuan në një grup të veçantë gjysmëpërçues. Dallimet karakteristike midis gjysmëpërçuesve dhe përçuesve:
- Varësia e konsiderueshme e përçueshmërisë së gjysmëpërçuesve nga temperatura.
- Një ndikim i fortë në përçueshmërinë e gjysmëpërçuesve edhe një sasi e vogël e papastërtive.
- Ndikimi në përçueshmërinë e tyre të rrezatimeve të ndryshme (drita, rrezatimi, etj.). Sipas këtyre veçorive, gjysmëpërçuesit janë më afër dielektrikëve sesa përçuesve.
Për prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese përdoren kryesisht germanium, silic, arsenid galium. Germanium është një element i rrallë, i shpërndarë në natyrë, silikoni, përkundrazi, është shumë i zakonshëm. Megjithatë, ai nuk gjendet në formë të pastër, por vetëm në formën e përbërjeve me elementë të tjerë, kryesisht oksigjen. Arsenidi i galiumit është një përbërës i arsenikut me galiumin. Është përdorur relativisht kohët e fundit. Krahasuar me germaniumin dhe silicin, arsenidi i galiumit ndikohet më pak nga temperatura dhe rrezatimi.
Për të kuptuar mekanizmin e funksionimit të pajisjeve gjysmëpërçuese, së pari duhet të njiheni me përçueshmërinë në gjysmëpërçues dhe mekanizmin për formimin e p.
-n hops.Gjysmëpërçuesit më të përdorur janë germaniumi dhe silikoni. Ata i përkasin grupit IV të sistemit periodik të Mendelejevit. Predha e jashtme e një atomi të germaniumit (ose silikonit) ka 4 elektrone valente. Secila prej tyre formon lidhje kovalente me katër atomet fqinje. Ato formohen nga dy elektrone, secila prej të cilave i përket një prej atomeve fqinjë. Lidhjet çift-elektroni janë shumë të qëndrueshme, prandaj, çdo çift elektronik është i lidhur fort me çiftin e tij atomik dhe nuk mund të lëvizë lirshëm në pjesën më të madhe të gjysmëpërçuesit. Kjo është e vërtetë për një gjysmëpërçues kimikisht të pastër në një temperaturë afër 0 K
(zero absolute). Ndërsa temperatura rritet, atomet e gjysmëpërçuesit fillojnë të kryejnë lëvizje osciluese termike. Energjia e kësaj lëvizjeje transferohet tek elektronet, dhe për disa prej tyre rezulton të jetë e mjaftueshme për t'u shkëputur nga atomet e tyre. Këta atome kthehen në jone pozitivë, dhe elektronet e shkëputura mund të lëvizin lirshëm, d.m.th. bëhen transportues aktualë. Për të qenë më të saktë, largimi i një elektroni çon në jonizimin e pjesshëm të 2 atomeve fqinje. Ngarkesa e vetme pozitive që shfaqet në këtë rast nuk duhet t'i atribuohet këtij apo atij atomi, por shkeljes së lidhjes çift-elektroni të lënë nga elektroni. Mungesa e një elektroni në një lidhje quhet vrimë. Një vrimë ka një ngarkesë pozitive të barabartë në vlerë absolute me ngarkesën e një elektroni. Vrima mund të jetë e zënë nga një nga elektronet e lidhjes fqinje, duke formuar kështu një vrimë në lidhjen fqinje. Kalimi i një elektroni nga një lidhje në tjetrën korrespondon me lëvizjen e një vrime në drejtim të kundërt. Në praktikë, është më e përshtatshme të merret parasysh lëvizja e vazhdueshme e një ngarkese pozitive sesa lëvizja vijuese e elektroneve nga lidhja në lidhje. Përçueshmëria që ndodh në vëllimin e një gjysmëpërçuesi për shkak të thyerjes së lidhjeve quhet përçueshmëri vetjake. Ekzistojnë dy lloje të përcjellshmërisë: n - tip dhe p - tip (nga fjalët negative - negative, pozitive - pozitive). Përçueshmëria n - lloji quhet elektronik, dhe lloji p - vrimë.
Vini re se thyerja e lidhjeve të valencës mund të ndodhë jo vetëm për shkak të energjisë termike, por edhe për shkak të energjisë së dritës ose energjisë së fushës elektrike.
Gjithçka që kemi shqyrtuar vlen për gjysmëpërçuesit e pastër, d.m.th. tek gjysmëpërçuesit pa papastërti. Futja e papastërtive ndryshon vetitë elektrike të gjysmëpërçuesit. Atomet e papastërtisë në rrjetën kristalore zënë vendin e atomeve kryesore dhe formojnë lidhje çift-elektroni me atomet fqinje. Nëse një atom i një lënde që i përket grupit V të sistemit periodik të elementeve (për shembull, një atom arseniku) futet në strukturën e një gjysmëpërçuesi të pastër (germanium), atëherë ky atom do të formojë gjithashtu lidhje me atomet fqinje të germaniumit. Por atomet e grupit V kanë 5 elektrone valente në shtresën e jashtme. Katër prej tyre formojnë lidhje të qëndrueshme çift-elektroni, dhe e pesta do të jetë e tepërt. Ky elektron i tepërt është shumë më i dobët i lidhur me atomin e tij dhe kërkon më pak energji për ta shkëputur atë nga atomi sesa për të lëshuar një elektron nga një lidhje çift-elektroni. Për më tepër, shndërrimi i një elektroni të tillë në një bartës të ngarkesës së lirë nuk shoqërohet me formimin e njëkohshëm të një vrime. Ikja e një elektroni nga shtresa e jashtme e një atomi arseniku e kthen atë në një jon pozitiv. Atëherë mund të flasim tashmë për jonizimin e këtij atomi, kjo ngarkesë pozitive nuk do të lëvizë, d.m.th. nuk është një vrimë.
Me një rritje të përmbajtjes së arsenikut në një kristal germanium, numri i elektroneve të lira rritet pa një rritje të numrit të vrimave, siç ishte rasti me përçueshmërinë e brendshme. Nëse përqendrimi i elektroneve tejkalon ndjeshëm përqendrimin e vrimave, atëherë elektronet do të jenë bartësit kryesorë të rrymës. Në këtë rast, gjysmëpërçuesi quhet gjysmëpërçues i tipit n. Tani le të prezantojmë një atom të grupit III, për shembull, një atom indium, në një kristal germanium. Ka tre elektrone valente. Formon lidhje të qëndrueshme me tre atome germanium. Lidhja e katërt mbetet e paplotësuar, por nuk mbart ngarkesë, kështu që atomi i indiumit dhe atomi i germaniumit ngjitur me të mbeten elektrikisht neutral. Tashmë me një ngacmim të lehtë termik, një elektron nga një prej lidhjeve fqinje çift-elektroni mund të hyjë në këtë lidhje të katërt.
Çfarë do të ndodhë? Një elektron shtesë do të shfaqet në shtresën e jashtme të indiumit, atomi kthehet në një jon negativ. Neutraliteti elektrik do të prishet në lidhjen çift-elektroni nga e cila erdhi elektroni. Do të shfaqet një ngarkesë pozitive - një vrimë në këtë lidhje të thyer. Me një rritje të përmbajtjes së indiumit, numri i vrimave do të rritet, dhe ato do të bëhen bartësit kryesorë të ngarkesës. Në këtë rast, gjysmëpërçuesi quhet gjysmëpërçues i tipit p.
Tranzicioni elektron-vrimë (p - n tranzicion).
Kalimi p - n quhet rajoni i vendosur në ndërfaqen midis rajoneve të vrimës dhe elektroneve të një kristali. Tranzicioni nuk krijohet nga një kontakt i thjeshtë i vaferave gjysmëpërçuese të tipit p dhe n. Ai krijohet në një kristal nga futja e dy papastërtive të ndryshme, gjë që krijon rajone elektronike dhe vrimash në të.
Fig.1. Mekanizmi i formimit dhe veprimit të tranzicionit p - n.
(a) transportuesit e shumicës dhe të pakicës në rajonet e gjysmëpërçuesit.
b – formimi i kryqëzimit p – n.
(c) drejtimi i rrymës së difuzionit dhe rrymës së përcjelljes.
d - kryqëzim p–n nën veprimin e një tensioni të jashtëm të kundërt.
1 - elektrone; 2 - vrima; 3 – ndërfaqja; 4 - jonet e palëvizshme.
Konsideroni një gjysmëpërçues në të cilin ka dy rajone: elektron dhe vrimën. Në të parën, ka një përqendrim të lartë të elektroneve; në të dytën, një përqendrim të lartë të vrimave. Sipas ligjit të barazimit të përqendrimit, elektronet priren të lëvizin (shpërndahen) nga rajoni n, ku përqendrimi i tyre është më i lartë në rajonin p, vrima, përkundrazi. Kjo lëvizje e ngarkesave quhet difuzion. Rryma që lind në këtë rast është difuzioni. Përqendrimet do të barazoheshin derisa vrimat dhe elektronet të shpërndaheshin në mënyrë të barabartë, por kjo pengohet nga forcat e fushës elektrike të brendshme në zhvillim. Vrimat që largohen nga rajoni p lënë atome të jonizuar negativisht në të dhe elektronet që largohen nga rajoni n lënë atome të jonizuar pozitivisht. Si rezultat, rajoni i vrimës ngarkohet negativisht, ndërsa rajoni i elektroneve ngarkohet pozitivisht. Midis rajoneve ekziston një fushë elektrike e krijuar nga dy shtresa ngarkesash.
Kështu, pranë ndërfaqes midis rajoneve të elektroneve dhe vrimave të një gjysmëpërçuesi, shfaqet një rajon, i përbërë nga dy shtresa ngarkesash të kundërta në shenjë, të cilat formojnë të ashtuquajturin kryqëzim p-n. Ndërmjet rajoneve p dhe n vendoset një pengesë potenciale. Në rastin në shqyrtim, një fushë elektrike E vepron brenda kryqëzimit të formuar p – n, të krijuar nga
dy shtresa ngarkesash të kundërta. Nëse drejtimi i elektroneve që kanë rënë në fushën elektrike përkon me të, atëherë elektronet ngadalësohen. Për vrimat, e kundërta është e vërtetë. Kështu, për shkak të fushës elektrike në zhvillim, procesi i difuzionit ndalon. Mund të shihet në Fig. 1 se si në rajonin n- dhe në p-kanë bartës të ngarkesave kryesore dhe të vogla. Transportuesit e pakicës formohen nga përçueshmëria e brendshme. Elektronet e rajonit p, duke bërë lëvizje kaotike termike, bien në fushën elektrike të kryqëzimit p-n dhe transferohen në rajonin n. E njëjta gjë ndodh me vrimat në rajonin n. Rryma e formuar nga bartësit e shumicës quhet rryma e difuzionit, dhe ato jothemelore quhen rrymë përcjellëse. Këto rryma drejtohen drejt njëra-tjetrës, dhe meqenëse rryma totale në një përcjellës të izoluar është zero, ato janë të barabarta. Tani le të aplikojmë një tension të jashtëm në kalimin me një plus në rajonin n dhe një minus në rajonin p. Fusha e krijuar nga një burim i jashtëm do të rrisë efektin e tranzicionit të fushës së brendshme p - n. Rryma e difuzionit do të ulet në zero ndërsa elektronet nga rajoni n dhe vrimat nga rajoni p tërhiqen nga kryqëzimi p-n në kontaktet e jashtme, duke shkaktuar zgjerimin e kryqëzimit p-n. Vetëm rryma e përcjelljes kalon përmes kryqëzimit, i cili quhet rrymë e kundërt. Ai përbëhet nga rryma përcjellëse të elektroneve dhe vrimave. Tensioni i aplikuar në këtë mënyrë quhet tension i kundërt. Varësia e rrymës nga tensioni është paraqitur në figurë.
Oriz. Karakteristika e rrymës-tensionit të kryqëzimit p-n. 2 - degë e drejtë; 1 - degë e kundërt.
Nëse një tension i jashtëm aplikohet me një plus në rajonin p - dhe një minus në rajonin n -, atëherë fusha elektrike e burimit do të drejtohet drejt fushës së tranzicionit p - n dhe do të dobësojë efektin e saj. Kjo do të rrisë rrymën e difuzionit (të drejtpërdrejtë) (2). Ky fenomen është baza për funksionimin e një diode gjysmëpërçuese.
Shumica dërrmuese e pajisjeve moderne gjysmëpërçuese funksionojnë për shkak të fenomeneve që ndodhin në kufijtë e materialeve me lloje të ndryshme të përçueshmërisë elektrike.
Gjysmëpërçuesit janë dy llojesh - n dhe p. Një tipar dallues i materialeve gjysmëpërçuese të tipit n është ngarkesa negative elektronet. Në materialet gjysmëpërçuese të tipit p të njëjtin rol luajnë të ashtuquajturat vrima që janë të ngarkuar pozitivisht. Ato shfaqen pasi atomi shkëputet elektron, dhe kjo është arsyeja pse formohet një ngarkesë pozitive.
Kristalet e vetme të silikonit përdoren për të prodhuar materiale gjysmëpërçuese të tipit n dhe të tipit p. Karakteristika e tyre dalluese është një shkallë jashtëzakonisht e lartë e pastërtisë kimike. Është e mundur të ndryshohen ndjeshëm vetitë elektrofizike të këtij materiali duke futur në të papastërtitë mjaft të parëndësishme, në shikim të parë.
Simboli "n" i përdorur në përcaktimin e gjysmëpërçuesve vjen nga fjala " negativ» (« negativ"). Bartësit kryesorë të ngarkesës në materialet gjysmëpërçuese të tipit n janë elektronet. Për t'i marrë ato, të ashtuquajturat papastërti dhuruese futen në silikon: arseniku, antimoni, fosfori.
Simboli "p", i përdorur në përcaktimin e gjysmëpërçuesve, vjen nga fjala " pozitive» (« pozitive"). Transportuesit kryesorë të ngarkesës në to janë vrima. Për t'i marrë ato, të ashtuquajturat papastërti pranuese futen në silikon: bor, alumin.
Numri i lirë elektronet dhe numri vrima në një kristal gjysmëpërçues të pastër është saktësisht i njëjtë. Prandaj, kur një pajisje gjysmëpërçuese është në një gjendje ekuilibri, atëherë secili prej rajoneve të tij është elektrikisht neutral.
Le të marrim si pikënisje se rajoni n është i lidhur ngushtë me rajonin p. Në raste të tilla, midis tyre formohet një zonë tranzicioni, domethënë një hapësirë e caktuar që është e varfëruar në ngarkesa. Quhet gjithashtu " shtresa penguese", ku vrima dhe elektronet i nënshtrohen rikombinimit. Kështu, në kryqëzimin e dy gjysmëpërçuesve që kanë lloje të ndryshme përçueshmërie, formohet një zonë, e quajtur p-n kryqëzim.
Në pikën e kontaktit të gjysmëpërçuesve të llojeve të ndryshme, vrimat nga rajoni i tipit p shkojnë pjesërisht në rajonin e tipit n, dhe elektronet, përkatësisht, në drejtim të kundërt. Prandaj, një gjysmëpërçues i tipit p është i ngarkuar negativisht, dhe një gjysmëpërçues i tipit n është i ngarkuar pozitivisht. Ky difuzion, megjithatë, zgjat vetëm për aq kohë sa fusha elektrike që lind në zonën e tranzicionit nuk fillon të ndërhyjë me të, si rezultat i së cilës lëvizja dhe e. elektronet, dhe vrima ndalon.
Në pajisjet gjysmëpërçuese të disponueshme në treg për përdorim p-n kryqëzim duhet të aplikohet një tension i jashtëm në të. Në varësi të asaj që do të jetë polariteti dhe vlera e tij, varet sjellja e tranzicionit dhe rryma elektrike që kalon drejtpërdrejt nëpër të. Nëse poli pozitiv i burimit aktual është i lidhur me rajonin p, dhe poli negativ është i lidhur me rajonin n, atëherë ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë. p-n kryqëzim. Nëse polariteti ndryshon, atëherë do të lindë një situatë e quajtur përfshirje e kundërt. p-n kryqëzim.
Lidhje direkte
Kur bëhet lidhja direkte p-n kryqëzim, pastaj nën ndikimin e një tensioni të jashtëm, në të krijohet një fushë. Drejtimi i tij në lidhje me drejtimin e fushës elektrike të difuzionit të brendshëm është i kundërt. Si rezultat, forca e fushës që rezulton zvogëlohet, dhe shtresa e pengesës ngushtohet.
Si rezultat i një procesi të tillë, një numër i konsiderueshëm i ngarkesave kryesore kalojnë në rajonin fqinj. Kjo do të thotë se nga rajoni p në rajonin n do të rrjedhë rryma elektrike që rezulton vrima, dhe në drejtim të kundërt - elektronet.
Përfshirja e kundërt
Kur është e kundërt p-n kryqëzim, atëherë në qarkun që rezulton forca aktuale është dukshëm më e ulët se sa me lidhjen e drejtpërdrejtë. Fakti është se vrima nga rajoni n do të ndjekin rajonin p, dhe elektronet nga rajoni p në rajonin n. Fuqia e ulët e rrymës është për shkak të faktit se në rajonin p ka pak elektronet, dhe në rajonin n, përkatësisht, vrima.
