Типы проводимости полупроводников

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;
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 дифи дырок iР диф,а также дрейфовые (обратные) токи электронов in др и дырок iР др, причем
                                               in диф= - in др;
                                               iРдиф = - iРдр.
Поэтому результирующий ток равен нулю.

 

Страница обновлена: 27.09.2016