Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
линию).
Рис. 1.22. Упрощенная схема зон-
ной структуры р-п перехода.
Вольтамперная характеристика. Представим теперь, что к р-п
переходу приложено напряжение V в пропускном
eK-vh
V)
/)
а)
и
г
П
Л
eV
в)
Рис. 1.23. Выпрямление на р-п переходе.
направлении, т. е. внешнее напряжение вычитается из контактной
разности потенциалов и падение напряжения на нем eV = е (VK -
V0 (рис. 1.23, а).
Как видно из рис. 1.23, а и б, число электронов (пр) в зоне
проводимости p-области останется прежним, а сле-
73
довательно, не изменится и электронный ток справа налево, число
же электронов л4 в л-области, энергия которых будет достаточна
для того, чтобы перейти в p-область, увеличится (так как
уменьшится барьер):
rii - пре^' (L93)
Вследствие этого электронное равновесие на границе р- и л-
области нарушится. В результате наличия градиента концентрации
в зоне проводимости возникнет диффузионный ток слева направо,
электроны будут диффундировать в p-область и там постепенно
рекомбинировать с дырками. Согласно (1.91) избыточная
концентрация электронов в p-области будет убывать по закону
_ х еУ _ х /<[-, /'*' ^
Ап (х) = (rii - пр) е Ln - пр (ehT - 1) е Ьп *), (1.94)
Выражение (1.94) позволяет нам вычислить диффузионный
электронный ток: ^
In = eDn = е (е^ - 1). (1.95)
Это и будет полный электронный ток в p-области вблизи р-п
перехода.
Аналогичным образом можно вычислить дырочный ток и л-
области:
1р - е-- 1). (1.96)
Таким образом, полный ток через р-п переход будет равен
1 = е{^ + ^тг) О-97)
На достаточном расстоянии от границы концентрации
электронов и дырок приходят к своим равновесным значениям, т. е.
дп/дх = др/дх = 0, и весь ток становится дрейфовым:
1 h I = еЕ (ипп + ирр). (1.98)
Однако в ^-области л" > р" и / = е^г^л*; в р-обла- сти, наоборот, 7 =
еЕиррп. Возникает вопрос: каким обра
*) Увеличение концентрации неосновных носителей при приложении
напряжения в пропускном направлении называют инжек- цией.
74
зом дрейфовый ток в толще полупроводника превращается в
диффузионный в области р-п перехода? Качественно суть дела
заключается в следующем. Электронный дрейфовый ток в я-
области при подходе на диффузионное расстояние к р-п переходу
начинает уменьшаться за счет рекомбинации с инжектированными
в я-область дырками и до области объемного заряда уже доходит
часть его /4 = / - /р; эта часть электронного тока инжектируется в
виде диффузионного тока в p-область и там рекомбинирует с
подходящим к границе дрейфовым дырочным током. Аналогичное
рассуждение можно провести для дырочного тока в р-области.
Рассмотрим теперь, что происходит, если к р-п переходу
приложено напряжение в запорном направлении (рис. 1.23,6 и г). В
этом случае (как и при пропускном направлении) концентрация
электронов пр в зоне проводимости р-полупроводника вдали от р-п
перехода остается неизменной, концентрация же электронов пх в я-
области с энергией, достаточной для перехода в p-область, умень-
шается:
_
я4 = яре кТ.
В этом случае электроны будут вытягиваться (экстраги-
роваться) из p-области в я-область, на границе возникает таким
образом градиент концентрации и диффузионный ток в обратном
направлении
Iz=e{~T^~+-rr) О-в" **)• (L")
Сохранив принятые выше обозначения для полярности тока,
можно объединить формулы (1.97) и (1.99) в одну, как это делалось
выше.
1.6. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ
КАРТИНА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ
Термоэлектрическими явлениями называются явления термо-э.
д. с. (Зеебека), Пельтье и Томсона.
Сущность явления термо-э. д. с. (открытого' Зеебеком в 1821 г.)
состоит в том, что в электрической цепи, состоя
75
щей из последовательно сЪединенных разных материалов,
возникает электродвижущая сила (термо-э. д. с.), если места
контактов поддерживаются при различных температурах. В
простейшем случае, когда такая цепь состоит из двух различных
материалов, она носит название термоэлемента или термопары.
Экспериментальные исследования показали, что
термоэлектродвижущая сила термопары зависит от температуры
горячего (Г) и холодного (Т0) спаев и от состава материалов,
образующих термопару.
В небольшом интервале температур величину термо- э. д. с. Е
можно считать, с достаточной для практических целей точностью,
пропорциональной разности температур и некоторому
коэффициенту а, называемому коэффициентом термо-э. д. с.:
Е = аи2(Т-Т0), (1.100)
более точно, dE - ait2 dT. Коэффициент термо-э. д. с. а
определяется в первую очередь материалами ветвей термоэлемента,
для обозначения которых мы ввели индексы 1 и 2, но зависит также
и от интервала температур, в котором используется или исследуется
термопара; во многих случаях с изменением температуры он даже
меняет знак.
Явление Пельтье (открытое в 1834 г.) представляет собой
эффект, обратный явлению Зеебека; сущность его состоит в том, что
