Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
и многих других приборов. Остальные эффекты, однако, также имеют большое
прикладное значение, поскольку определяют детали работы этих устройств, а
также находят и специальные применения.
Все эти явления были исследованы экспериментально Гарриком [14],
применившим превосходную технику эксперимента. На образец падал очень
узкий пучок инфракрасного излучения из той спектральной области, где
основную роль играет поглощение свободными носителями (см. разд. 10.2).
По измеренному поглощению определялась концентрация носителей и изменение
ее по образцу. Благодаря этому Гаррику удалось наблюдать большинство
рассмотренных в предыдущих разделах явлений, обусловленных довольно
слабым электрическим полем. Он сумел также проверить полученные
соотношения для почти собственных полупроводников.
7.9. р-л-переход
Приступим теперь к рассмотрению ряда явлений, возникающих в неоднородном
образце. В этом случае, как отмечалось в разд. 7.1, в образце могут
существовать значительные объемные заряды, обусловливающие появление
сильных электрических полей. Именно в этом и заключается резкое отличие
неоднородного полупроводника от однородного, в котором объемный заряд в
толще образца должен быть малым. Примером наиболее сильной из всех
встречающихся неоднородностей может служить полупроводник, в котором
концентрации доноров Nd и акцепторов Na меняются так, что в каком-то
месте образца происходит смена типа проводимости с электронной на
дырочную. Необходимо подчеркнуть, что здесь речь идет об одном кристалле,
а не о контактах между двумя отдельными кристаллами разного типа.
Пусть, например, в определенной области кристалла (рис. 7.5) существует
такой линейный градиент концентраций доноров и акцепторов, что слева от
переходной области Nt>Nd, а справа от нее Nd>Na. Слева от переходной
области будет полупроводник /7-типа с эффективной концентрацией
акцепторов Nt-Na, а справа - полупроводник л-типа с эффективной
концентрацией доноров Na- -Na (см. разд. 4.3). Подобные переходы между
материалами с проводимостями л- и /7-типа носят название р-л-переходов.
Они имеют чрезвычайно важное прикладное значение для многих современных
Рис. 7.5. Переход между полупроводниками п- и р-типа.
полупроводниковых приборов. Интересоваться ими начали с тех пор, как в
1938 г. Давыдов [15] рассмотрел обусловленные ими явления выпрямления
переменного тока и возникновения фото-э. д. с.; прикладное значение р -
л-переходов в течение многих лет недооценивалось. Еще до появления
транзисторов ряд экспериментов с р - л-переходами в германии осуществили,
например, Бенцер [16], а также Беккер и Фэн [17]. Роль р - /г-переходов в
фотопроводимости и возникновении фото-э. д. с. в пленках PbS обсуждалась
Сосновским, Старкевичем и Симпсоном [18]. Математическую теорию р-/г-
переходов типа, представленного на рис. 7.5, в 1949 г. разработал Шокли
[19]. На основе этой теории он предложил довольно детальную схему
транзистора с р - /г-переходами, принцип действия которого оказался в
замечательном согласии с предсказаниями теории. Эго позволило
транзисторам на р - л-переходах занять главное место в технологии
транзисторов, которое они продолжают сохранять и поныне.
Математический анализ перехода с линейным градиентом концентрации доноров
и акцепторов оказывается весьма сложным. Кроме того, выяснилось, что
наибольшее практическое значение имеют переходы с очень тонкой переходной
областью. Позже будут рассмотрены критерии понятия тонкого перехода. Для
многих практических целей оказывается вполне достаточным рассматривать
подобный изображенному на рис. 7 6 бесконечно узкий переход от
полупроводника /г-типа к полупроводнику p-типа. На рис. 7.6 в /г-области
показаны только доноры, а в //-области - только акцепторы. Если имеются
оба типа центров, то и Na можно просто заменить эффективным числом
доноров или акцепторов. Предположим, что энергетические уровни доноров и
акцепторов соответственно расположены так близко к зоне проводимости и к
валентной зоне, что все они полностью ионизованы. Будем считать также N^>
и Пусть справа от перехода л-лп и р=р", а слева
от него л=лр и р=рр. Предположим сначала, что переход еще не
сформировался 1}. Тогда в правой части будем иметь приближенно
1) Другими словами, предположим, что р- и л-части приведены в идеальное
соприкосновение, а необходимое равновесное распределение зарядов и поля
вблизи границы раздела еще не сформировалось. - Прим. ред.
7. Диффузия электронов и дырок
235
р-тип
п-тип
Л
О х
Рис. 7.6. Тонкий р-/1-переход.
-иг*
ОООО - *¦ О
в ?
Рис. 7.7. Диффузия электронов и дырок через переход.
лп-W<i. ti^>pn-t^xINd, в то время как в левой части pv-Nt,
Pp^>np=/tf/Jva. Вместе с тем л"^>лр и ра<ф}р. Сразу после соприкосновения
л- и p-частей вблизи границы перехода должны возникнуть большие градиенты
концентрации как электронов, так и дырок. В результате начнется диффузия
электронов из л-области в р-область и дырок из p-области в л-область. Это
