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

этом неизбежен промежуточный (хотя бы и очень тонкий) слей воздуха или поверхностных пленок. Настоящий переход получается в единой пластинке полупроводника, в которой тем или иным способом (см. § 4-13) получена достаточно резкая граница между слоями р и .

Резкость границы играет существенную роль для формирования перехода, так как чересчур плавный переход, как показывает теория, не обладает теми вентильными свойствами, которые лежат в основе работы полупроводниковых диодов и транзисторов 124]. Понятие резкости формулируется следующим образом: граница между слоями является резкой, если градиент концентрации примеси (считающийся постоянным в пределах перехода) удовлетворяет неравенству

1ш>п (2-1)


©


Рис. 2-2. Распр*деление полных и 8ф(};ективных концентраций примеси вблизи металлургической границы плавного перехода.

где N - эффективная концентрация примеси (см. стр. 21), а lot - дебаевская длина в соб-сгвенном полупроводнике 1см. (1-87)]. Для кремния и германия необходимо соответственно: dNIdx > 10 см- и dNIdx > 4 lOi см

Критерий (2-1) говорит о том, что концентрация примесей в переходе должна существенно изменяться на отрезке, меньшем Такое требование имеет определенный физический смысл. Пусть N = Ла - N есть эффективная концентрация акцепторов, которая линейно спадает в направлении слоя п (рис. 2-2). В точке а; = О, где N = О, имеем компенсированный, т. е. практически собственный полупроводник (см. рис. 1-13, е). Далее, при л: > О, нарастает эффективная концентрация доноров с прежним (по модулю) градиентом. Если градиент dNIdx не удовлетворяет условию (2-1), т. е. очень мал, то существенные (сравнимые с л,-) эффективные концентрации примесей получаются вдали от точки л; = О, на расстояниях, значительно больших глубины экранирования /д.. Тогда поля объемных зарядов, обусловленных ионизированными примесными атомами, тоже будут расположены вдали от металлургической границы и не будут соприкасаться в точке а; = 0. Соответственно в окрестности металлургической границы не сможет образоваться двойной электрический слой, свойственный электронно-дырочному переходу.

Переходы, в которых имеется скачкообразное изменение концентрации на границе слоев (dNIdx = оо), будем называть ступенчатыми. Они представлягот собой предельный случай более общего класса плавных переходов, в которых градиент концентрации примесей конечен, но удовлетворяет неравенству (2-1). На практике ступенчатые переходы являются, конечно, известным приближением. Однако они хорошо отражают свойства многих реальных



р-п структур и, кротле того, оказываются проще для анализа. Поэтому ниже им будет уделено главное внимание. Контакты, в которых условие (2-1) не соблюдается, ие называют переходами, а относят к неоднородным полупроводникам.

По соотношению концентраций основных носителей в слоях pan переходы делятся на симметричные и несимметричные. В симметричных переходах имеет место соотношение

Рр Пп,

т. е. концентрации основных носителей в обоих слоях почти одинаковы. Такие переходы трудно реализовать практически, и они не являются типичными. Гораздо большее распространение имеют несимметричные переходы, в которых выполняется неравенство

Рр>Пп или Пп Рр

и концентрации различаются в несколько раз и более. Именно такие переходы будут анализироваться в дальнейшем, причем для определенности будет считаться, что слой р более низкоомный, чем слой п, т. е. Рр > Пп- Полученные выводы легко использовать при обратном соотношении концентраций.

В случае резкой асимметрии, когда концентрации основных носителей различаются более чем на порядок, переходы называют односторонними и обычно обозначают символами р*-п (или rf-p). Иногда, чтобы отличить просто несимметричные переходы от односторонних, используют для первых обозначения р*-п (или п*-р), а для вторых р-п (или п-р).

В дальнейшем несимметричность (и даже односторонность) переходов будет подразумеваться без использования указанных индексов, за исключением специальных случаев, когда отсутствие индексов может вызвать недоразумения.

Структура р-п перехода. Концентрации примесей и свободных носителей в каждом из слоев диода показаны на рис. 2-3, а, приче.\1 для наглядности разница в концентрациях рр и п принята гораздо меньшей, чем это имеется в действительности.

Поскольку концентрация дырок в слое р значительно больше, чем в слое п, часть дырок диффундирует из слоя р в слой п. При этом в слое п вблизи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбинировать с электронами до тех пор, пока не будет выполнено условие равновесия (1-16). Соответственно в этой области уменьшится концентрация свободных электронов и обнажатся некомпенсированные положительные заряды донорных атомов. Слева от границы обнажатся некомпенсированные отрицательные заряды акцепторных атомов, поскольку часть дырок перешла отсюда в слой п (рис. 2-3, б). Аналогичные рассуждения действительны для электронов слоя п, которые частично диффундируют в слой р. Однако в несимметричном переходе, в котором < рр, диффузия электронов в слой р малосущественна, поскольку разность концентраций п - - Пр несравненно меньше разницы рр - р , а именно этими разно-



стями согласно (1-114) определяются градиенты концентраций и диффузионные токи.

Область образовавшихся пространственных зарядов и есть область р-п перехода. Часто эту область называют обедненным или истощенным слоем, имея в виду резко пониженную концентрацию подвижных носителей в обеих ее частях. Однако, строго говоря, переход и обедненный слой - не одно н то же: область перехода несколько шире потому что объемные заряды и связанное с ними поле зарождаются уже при очень небольшом р-слой. п-слой р-слой-

l-lfll

еееее + + + + +

е+ееее

© ©©©©


©ее

©eeiee ©©eje©

©©©*Э

ё)©©!©©

© © ®1 +

© © ©i ©©©1

е Акцептор +Дырка.

© Донор - Электрон

Переход

© @

© ®

© ©ё]е©

i

©©©;©©

£5,©©)©©

©©©©е + + +

©©©!©©

©©©!©©

© © ©j © ©

©©©1©Э

ее©!©©

© © ©j© ©

Переход

Рис. 2-3. Структура р-п перехода.

а - начальное состояние слоев; б - пространственные заряды в реальном переходе: в - просгранстиенные заряды в идеализированном переходе.

(несколько процентов) уменьшении концентрации носителей по сравнению с равновесной, тогда как понятию обедненного слоя соответствует спад концентрации носителей по крайней мере на порядок (рис. 2-3, б). Промежуточные участки между границами обедненного слоя и перехода являются участка.ми экранирования р- и п-слоев диода от поля создаваемого зарядами обедненного слоя. При перепаде концентраций носителей на три порядка и более протяженность участков экранирования обычно не превышает О 1 мкм, тогда как ширина собственно обедненного слоя, как увидим ниже, Б несколько раз больше. Поэтому есть основания идеализировать переход так, как показано на рис. 2-3, е, т. е. полностью пренебречь наличием свободных носителей в переходе и считать его границы совпадающими с границами обедненного слоя. Такая идеализация существенно упрощает решение многих задач, за исключением, конечно, тех, которые непосредственно связаны с анализом потоков носителей.



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.