слоях различаются на качественно меняется:

Односторонние р-п переходы. В случае резко несимметричных р-п переходов, когда концентрации основных носителей в обоих

1-2 порядка и более, структура перехода обедненные слои, расположенные по обе стороны от металлургической границы, оказываются разделенными обогащенным слоем, расположенным в высокоомной части перехода (рис. 2-12)*. Наличие обогащенного слоя не может не сказаться на распределении зарядов, поля и потенциала.

Будем, как и раньше, рассматривать р*-п переход, у которого потенциальный барьер сосредоточен в базовой области. Поскольку часть напряжения Дф падает в обогащенном слое, на долю обедненного слоя приходится напряжение Аф < Дфо, которое следует подставлять в формулу (2-96), чтобы найти ширину о (эмиттерный и обогащенный слои значительно тоньше и не влияют на общую ширину перехода). Напряжение Дф можно найти из выражения (2-46), заменяя ро на л о (так как на условной границе между оСога-щенны.м и обедненным слоями в базе р = п о)- Далее, выражая р о через Ппо с помоншю соотношения (1-16), получаем 127]:

Рис. 2-12. Односторонний кремниевый переход. Распределение носителей в полулогарифмическом (а) и линейном (б) масштабе. Распределение объемных зарядов (в), поля (г) и потенциала {д). Пунктирные линии соответствуют прямому смещению.

Дф = 2ф7- In = 2 (фр - ф£ ),

(2-24)

где вторая форма записи основана на соотношении (1-18а).

Полная высота равновесного потенциального барьера Афо не зависит от структуры перехода и для односторонних переходов определяется общими формулами (2-4). Остаются в силе и общие формулы инжекции и экстракции (2-13), (2-14)

На рис. 2-12 показан ступенчатый односторонний переход. Плавные односторонние переходы сложнее для анализа, но основные выводы действительны и для них.

? Наличие обогащенного слоя практически не влияет на распределение внешнего приложенного напряжения; оно по-прежпему почти полностью падает на обедненном слое базы, -

Критерием, характеризующим односторонность р-п перехода, т. е. наличие обогашепного слоя, может служить неравенство р (0) 3= Лд, где координата X = О соогветствует металлургической границе. Анализ показывает, что кр1ите-рийодносторонности перехода можно записать в виде

i;- (2-1) In 22 In г/, (2-25а)

где г = Ng/N и У= N/tii. Зависимость г ин (g у) можно получить путем графического решения (2-25а); тогда (2-25а) принимает вид:

z2 = 3-}-l,51g{/. (2-256)

Если у = 10-10, то лежит в пределах 5-14. Следовательно, односторонний переход получается при соотношении > (5-14) Лд, которое всегда выполняется на практике, за исключением некоторых специальных случаев. Та!шм образом, все реальные несимметричные переходы являются односторонними.

Эмиттерная часть объемного заряда оказывается у односторонних переходов очень узкой. Если оценить ее ширину с помощью соотношения (2-8), полагая / = /о, то она, как правило, получается меньше дебаевской длины в эмиттере, что противоречит законам распределения поля в полупроводниках (см. раздел Эффект поля в § 1-12). Это значит, что принятая ранее идеализация эмиттерной части перехода (постоянство плотности заряда на участке /р, -рис. 2-3, в) для односторонних переходов неприемлема. На самом деле объемный заряд и поле в эмиттере имеют протяженность порядка дебаевской длины (0,005-0,01 мкм при = 10** cm**), причем концентрация дырок на этом участке спадает плавно, так что собственно обедненный слой в эмиттере отсутствует. Последнее обстоятельство объясняется тем, что эмитт ры в односторонних переходах представляют собой полуметаллы, которым, как и металлам, обедненные слои несвойственны.

2-3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ПЕРЕХОДОВ

Помимо электронно-дырочных переходов, рассмотренных выше, Б полупроводниковых приборах встречаются и другие типы существенных неоднородностей, которые тоже можно отнести к переходам.

Переходы меледу примесными и собственными полупроводниками. Предположим, что в одностороннем переходе (рис. 2-12) концентрация доноров в базе непрерывно уменьшается. Тогда обогащенный дырочный слой, прилегающий к металлургической границе, будет расширяться и обогащаться дырками, а роль донорных ионов будет становиться все меньше. В пределе, при Л? == О, образуется p-i переход, у которого обедненный слой в базе отсутствует, а положительный объемный заряд обусловлен только дырками (рис 2-13). . ,

Распределение поля и потенциала в p-i переходе сложнее, чемв р-п переходах, так как плотность объемного заряда дырок в базе даже приближенно нельзя считать постоянной, Тем не менее

высота равновесного потенциального барьера по-прежнему определяется формулой (2-46), если вместо р о подставить п. При этом значение Афо оказывается, конечно, меньше, чём в р*-п переходе.

Отсутствие обедненного слоя в p-i переходе приводит к тому, что внешнее напряжение в значительной мере падает на высоко-

омном нейтральном слое базы, обладающем собственной проводимостью, и лишь часть внешнего напряжения приходится на область перехода и модулирует высоту потенциального барьера *. Следовательно, нелинейность в p-i структуре выражена слабее, чем в классическом р-п переходе.

Ширина обогащенного слоя в базоюй части перехода составляет (3-ь4) 1т- Ширина эмиттерной части, как и в одностороннем переходе, определяется

В высоко-

дебаевской длиной легированном слое эмиттера (см. § 2-2).

Из рис. 2-13 видно, что прямое смещение (пунктирные линии) приводит к некоторому уменьшению ширины перехода в его высокоомной части и что концентрация электронов меняется относительно сильнее, чем концентрация дырок. Однако поскольку роль электронов в p-i переходе невелика, это не приводит к существенному увеличению удельной проводимости обогащенного слоя.

Переходы между однотипными полупроводниками. Переходы p-i и n-i типа являются в известной мере абстракциями, поскольку вдеальных собственных полупроводников не существует. Однако эти переходы как бы прокладывают мост между хорошо изученными выше р-п переходами и переходами р*-р и п*-п типа, которые часто встречаются на практике.

Рассмотрим переход р*-р типа, образованный контактом двух дырочных полупроводников с разными концентрациями примесей. Пусть сначала имелся p-i переход (рис. 2-13), в котором слои р и i обозначим / и 2. Пусть теперь в собственный слой 2 вводится

Рис. 2-13. Переход p-i. Распределение носителей в полулогарифмическом (а) и линейном (б) масштабе. Распределение объемных зарядов (в), поля (г) и потенциала (д). Пунктирные линии соответствуют прямому смещению.

Этот вывод подразумевает достаточную длину нейтральной базы, в противном случае ее сопротивление не будет определяющим.