Полупроводниковые приборы
Типы проводимости полупроводниковых материалов.
Электронно-дырочный переход. Основные параметры
полупроводниковых диодов.
Типы проводимости полупроводниковых материалов и свойства электронно-дырочного перехода рассматривались в курсе молекулярной физики, раздел «Электричество». Поэтому сейчас выделим лишь основные положения этих вопросов.
В чистом полупроводнике, при температуре выше абсолютного нуля по шкале Кельвина генерируется два вида подвижных носителей зарядов — электрон и дырка. При наличии таких носителей полупроводник приобретает способность проводить электрический ток. Электропроводность, обусловленная только генерацией пар электрон-дырка, называется собственной. Количественно она может быть определена выражением
,
где:
g = 1,6 × 10-19 K — заряд электрона;
n и p — концентрация подвижных электронов и дырок, причем n=p; Расчёт магнитной цепи
mn и mp — подвижность носителей.
Концентрация подвижных носителей заряда зависит от температуры, поэтому
,
где:
А – константа;
Т - температура по Кельвину;
W — ширина запретной зоны;
К = 1,38 × 10-23 — постоянная Больцмана.
Проводимость полупроводников существенно изменяется при добавлении примеси. Так, если валентность примеси больше валентности полупроводника (например атомы фосфора), то концентрация электронов существенно (на 10 — 20 порядков) увеличивается. Поэтому количественно проводимость может быть вычислена выражением
где nn — концентрация примесных носителей.
Такая примесь называется донорной, проводимость — электронной, а полупроводник — полупроводником n — типа.
При добавлении примеси, валентность которой меньше валентности полупроводника (например, атомы бора), в теле полупроводника резко увеличивается концентрация дырок. Поэтому
,
где:
РР - концентрация примесных носителей.
Такая примесь называется акцепторной, проводимость - дырочной, а полупроводник - полупроводником p - типа.
Металлургическая граница между полупроводниками двух типов называется электронно-дырочным или p-п переходом. Это основной рабочий элемент полупроводниковых электронных приборов. Выделим следующие его свойства.
1. При отсутствии внешнего электрического
поля у границы p-п перехода образуется объемные заряды электронов в p области
и дырок в п области. Перепад потенциала зарядов образует потенциальный барьер
, причем
,
где:
- концентрация ионизированных атомов в полупроводнике;
- температурный потенциал, при Т=3000К, 
.
В непосредственной близости от границы перехода образуется слой полупроводника обедненного носителями зарядов. Проводимость этого слоя мала и его называют запирающим. Сопротивление р-п перехода определяется толщиной запирающего слоя.
В установившемся режиме через р-п переход протекают диффузионные токи электронов in диф и дырок iР диф, а также дрейфовые (обратные) токи электронов in др и дырок iР др, причем
in диф = - in др;
iР диф = - iР др.
Поэтому результирующий ток равен нулю.
