Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
исследователями, и, если только переходная область оказывалась узкой в
указанном выше смысле, совпадение теории с экспериментом было
превосходным. Уравнения (7.159) и (7.160) можно также выразить через
проводимости а" и ар соответственно л- и р-областей перехода и <jj-
проводимость собственного полупроводника.
244
7. Диффузия электронов и дырок
В этом случае получим
= е (bn*. + р") Ри ~ ебЯпИь = -. (7.162)
стр = е (Ьпр + рр) ph " eppph =
Ра
<^ = ^(6+1)^. (7.163)
Используя соотношение Эйнштейна, получим для плотности тока насыщения
• . ba\ Л*-[--------у-) - . (7.164)
" (1 -|- b)2 \ °n^p °р^п 1 е
Практический интерес представляет случай, когда N^>NA и
NПри этих условиях ар^>ап и /е<^/ь- Такой переход называется р+-"-
переходом. Когда у"1, он обладает свойством контакта, очень эффективно
инжектирующего дырки. Необходимо, однако, отметить, что условием, для
того чтобы у"1, является неравенство apLn^>anLp, т. е. диффузионная длина
Ln в сильно легированной p-области не должна быть малой. На практике это
обычно означает, что сильное легирование не должно приводить к
чрезмерному уменьшению времени жизни электронов т". Легко видеть, что ток
насыщения теперь можно представить в виде
bkTaf
i^7ir-wkrv <7-165>
и что свойства перехода полностью определяются "-областью.
Коэффициент и-нжекции у дается уравнением
/ h ap^n
(7.166)
Если apLn<^anLp, то у"0 и переход становится эффективным контактом для
инжекции электронов в область полупроводника р-типа, причем инжектирующим
электродом служит "-область, заряженная отрицательно по отношению к p-
области. Переход такого типа известен как "+-р-переход. Он обладает
свойствами, аналогичными свойствам р+- "-перехода.
Интересно рассмотреть уравнения (7.157) - (7.164) с более физической
точки зрения. Ток в "прямом" направлении образуется вследствие инжекции
дырок в "-область и электронов в р-область. На рис. 7.11 хорошо видно,
как это происходит. Потенциальный барьер при наличии равновесия показан
штриховой линией. Он удерживает основную массу электроноз в "-области и
основную массу дырок в p-области. При наложении положительной разности
потенциалов V0 высота барьера понижается на величину VB, что на рис. 7.11
изображено сплошной линией. Теперь больше электро-
7. Диффузия электронов и дырок
245
иов может перейти из л-области в p-область, создавая электронный ток в
прямом направлении. Аналогично возросшее число дырок, переходящих из p-
области в n-область, создает прямой дырочный ток. С другой стороны, если
Vo<0, то высота барьера возрастает, а токи в этом направлении уменьшаются
до значений обратных токов насыщения. Когда V" велико и отрицательно,
никакого потока электронов из л-области в p-область нет, остается только
поток зарядов, обусловленный диффузией электронов из p-области по
направлению к потенциальному барьеру, пройдя который, они скатываются в
л-область, и аналогичный диффузионный поток дырок из л-области. Порядок
величины плотности тока насыщения можно легко оценить, исходя из величины
этих диффузионных токов. Дырки в л-области генерируются теплом в темпе
р"/тр на единицу объема, а затем они диффундируют по направлению к
барьеру на расстояние порядка диффузионной длины Lp. Поэтому дырочный ток
будет порядка eLppjTp, что, согласно уравнению (7.160), эквивалентно
epnD\JLp. Аналогично электронный ток насыщения будет порядка etipDJLn.
Заметим, что в случае р+- л-перехода обратный ток насыщения
пропорционален рл, т. е. концентрации неосновных носителей заряда в л-
области. Таким образом, ток насыщения служит мерилом концентрации
неосновных носителей. Если она искусственно повышена, например освещением
или иижекцией из другого контакта, то соответствующим образом возрастет
ток насыщения. Небольшой контакт в виде р+- л-перехода к л-области, к
которому приложено отрицательное смещение, называют коллектором,
поскольку ои собирает неосновные носители заряда из окружающей его
области, а его ток насыщения служит мерилом концентрации неосновных
носителей. Подобный контакт можно использовать, например, для
детектирования подходящего к нему облака дырок (см. разд. 7.6). При
освещении контакта этого типа обнаруживается заметное изменение
проводимости. Это явление, как известно, используется в фотодиодах.
Как показывает опыт, обратный ток насыщения при неограниченном увеличении
отрицательного напряжения ие остается неизменным, а очень медленно растет
вплоть до критического напряжения -Vb. При этом значении потенциала ток
начинает быстро увеличиваться. Иногда этот потенциал назывался
напряжением Зи-иера, так как считалось, что при этом напряжении
электрическое поле способно создавать электроиио-дырочиые пары путем
возбуждения электронов из заполненной зоны в зону проводимости, т. е.
имеет место процесс, который иосит название эффекта Зинера. Теперь
полагают, что в большинстве случаев резкий рост тока обусловлен ударной
ионизацией и образованием лавииы (см. разд. 12.3). Характеристика пробоя
