Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

Из структуры выражения (1-S3) следует важный вывод о двух вариантах механизма релаксации. К именно, предположим, что полупроводник д ы р о ч н ы й и в нем создано начальное возмущение Ар (0) при An (0) = 0. Тогда, поскольку электронов в окружающем объеме очень мало и они не могут нейтрализовать (скомпенсировать) возмущение Ар (0), релак- .

сация будет состоять в йр(0)=-(0)

Ap(SrJ

Apfr)

[~1 Ap(Sr)

An(rJ Ап(3%) б)

j(Sts) An(t)

An(Jt)

уменьшении концентрации Ар благодаря уходу избыточных дырок из начального объема. Процесс рассасывания будет описываться выражением

Др = Др(0) ее

и закончится через время, равное примерно ЗТе (рис. 1-28. а).

Предположим теперь, что в том же дырочном полупроводнике начальное возмущение представляет собой избыточную концентрацию электронов Art (0) при Ар (0) = 0. Тогда релаксация будет состоять в нейтрализации (компенсации) заряда электронов An (0) дырками, приходящими под действием поля из внешнего объема, где их очень много. Процесс нейтрализации описывается выражением

Ap = An(0){l-g- 4

т. е. характеризуется увеличением концентрации Ар от О до An (0) и заканчивается, как и в первом случае, через Зт. После этого с гораздо меньшей скоростью, определяемой временем жизни т, будет происходить рекомбинация электронов и дырок, скопившихся в области возмущения (рис. 1-28, б).

Таким образом, если начальное возмущение вызвано основными носителями, то процессы рассасывания объемного заряда и избыточной концентрации происходят с одной и той же малой постоянной времени Tg. Если же начальное возмущение вызвано

An(0)=j(0)

Рис. 1-28. Схематическое изображение процессов диэлектрической релаксации в примесном (дырочном) полупроводнике.

а - исходное возмущение вызвано осиоеиеыми носителями; б - исходное возмущение вызвано неосновными носителями.

Заметим, что нейтрализация в принципе не может быть полной, иначе нельзя было бы объяснить наличие градиента концентрации дырок ме.чаду рассматриваемым объемом и основной частью кристалла. В действительности остается небольшой нескомпенсированньш заряд элеюронов, поле которого и поддерживает градиент концентрации дырок. Именно неполной ко.мпеысацией заряда объясняется термин квазинейтральность. Электрическое поле, обусловленное неполной компенсацией заряда, будем называть остаточным.



неосновными носителями, то нейтрализация объемного заряда заканчивается столь же быстро, с малой постоянной времени Те, а рассасывание обеих избыточных концентраций - значительно медленнее (уже в условиях квазинейтральности) с постоянной времени т. Второй вариант процесса является одной из основ транзисторной техники.

Начальное возмущение может выражаться не только в увеличении, но и в уменьшении соответствующих концентраций. При этом в уравнении (1-83) меняются только знаки при избыточных концентрациях; характер процессов остается прежним.

Введение ( впрь1скввани€ ) неосновных носителей в примесный полупроводник называют инжещией, а их отсасывание с образованием отрицательного возмущения - экстракцией.

Эффект поля. Пусть между металлической пластинкой и полупроводником задано напряжение U (рис. 1-29, а). Такая система представляет собой своеобразный конденсатор, у которого одна из обкладок полупроводниковая. На этой обкладке будет наведен такой же суммарный заряд, как и на металлической, но в отличие от металла заряд в полупроводнике не будет сосредоточен на поверхности, а распределится на некоторое расстояние в глубь кристалла. Распределение заряда, электрического поля и пот1Циала можно оценить, используя уравнение Пуассона (1-80). Специфика задачи в данном случае состоит в том, что плотность заряда Я, не является заданной. Она согласно (1-81) определяется концентрациями подвижных носителей, а эти концентрации в свою очередь зависят от распределения потенциала ф£. Поэтому прежде всего остановимся на зависимостях п (ф) и р (фв).

Заметим, что в рассматриваемой системе полупроводник, несмотря на наличие внутреннего индуцированного поля, находится Б состоянии больцмановского равновесия, так как нет результирующего тока. Значит, уровень Ферми во всех частях полупроводника постоянный: (fp = const. Для определения этого уровня воспользуемся формулами (1-18). Обозначим концентрации носителей и электростатический потенциал в правой, невозмущенной части полупроводника (рис. 1-29, а) через щ, Ро и фо и положим для простоты ф£о = 0. Тогда из (1-18) находим

Ф. = фИп = -Фг1п.

Подставляя найденное значение ф в (1-17), получаем искомые зависимости п (фг) и р (ф):

n = noe-V 7-; ]

потенциал ф отсчитывается от середины запрещенной зоны в нейтральной части полупроводника. Зависимости (1-85) позволяют решать уравнение Пуассона.



Рассмотрим сначала собственный полупроводник. В этом случае в (1-81а) следует положить N = Nt = О и подставить концентрации (1-85), считая По = Ро = Левую часть (1-80)

Металл


У7Т77777777777777

4>v

4>

4>e 9eo=0

Ve

Инверсионный, слой.

Рис. 1-29. Эффект поля в полупроводниках.

Схема эксперимента (а); распределение потенциала, поля, заряда и концентрации носителей в собственном полупроводнике при отрнцательной (б) и положительной (в) полярностях напряжения на металлическомэлектроде; распределение потенциала в примесном (электронном) полупроводнике при положительной (гУ п отрицательной (5, е) полярностях напряжения на металлическом электроде (модуль напряжения U для случая е значительно больше,

чем для случая б).

запишем как (Pffg/dx, поделим обе части на и введем безразмерную переменную Ф = Фв/фт-. Тогда уравнение Пуассона приводится

к вшу

d4D 1

(1-86)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.