Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
перехода буквами а и b и предположим, что Nia^>Nib. Изменение
электростатического потенциала ф вдоль перехода получим точно так же, как
и для р - л-перехода. В этом случае
(7.179)
так что
Nia = Nc exp ( - ?сак~Г~~) •
Nab = Ncexp(- ?c>k7^~).
= - T (?"ь-?".) = ~T In • (7-180)
и если, как и прежде, положить фо=0, то для ф6 получим
Tto(ife)- <7Ш>
В некоторых отношениях я+- л-переход отличается от р - л-перехода.
Например, у л+- л-перехода отсутствует область с высоким сопротивлением,
а концентрация основных носителей заряда
: ?й
....................-щ
0
•Л
б
Рис. 7.13. Энергетические зоны и электростатический потенциал в л+-л-
пере-
ходе.
250
7. Диффузия электронов и дырок
плавно меняется от Nda до Nib. Следовательно, при наложении внешнего
напряжения падение потенциала происходит не только в узкой области, как
это в основном имеет место в р - л-переходе. Когда на переход подано
положительное напряжение ("^-область положительна), то потёнциальный
барьер в этом случае повышается, а дырки смещаются вправо от перехода.
Следовательно, дырочный ток возникает лишь благодаря диффузии дырок в
левой части по направлению к переходу. (Напряженность электрического поля
в низкоомной "^-области оказывается очень малой.) Плотность дырочного
тока можно определить точно так же, как и для р - л-перехода, что дает
_ ePgLVg _ e/ijZ-pa
тра A/daTpa • ( • )
Если Nda велико, ток оказывается малым, т. е. у такого перехода ужО.
Следовательно, переходы этого типа оказываются очень полезными в качестве
контактов., когда необходимо избежать инжекции дырок в полупроводник л-
типа; такого рода переходы часто используются, например, в качестве
базовых контактов диодов.
Когда на л+- л-переход смещение подано так, что л+-область заряжается
отрицательно, дырки начнут смещаться в сторону этой области, но дырочный
ток не сможет протекать в л+-области, если только в ней не существует
достаточно высокой концентрации избыточных дырок, которая способствовала
бы появлению диффузионного тока. Из рассмотрения эффекта аккумуляции
носителей мы уже знаем, каким образом может возникнуть такая большая
концентрация у контакта с ужО. Если Дра- избыточная концентрация дырок
слева от перехода, а Арь- избыточная концентрация справа от него, то
(7'183)
Поскольку в данном случае на переходе заметного падения напряжения нет,
то, следовательно,
ДРа Ра Д7db
ДРЬ Рь N&а "
Отсюда плотность дырочного тока /h равна
(7.184)
/h = - еАРа°ьа =_ еАр^рв # (7.185)
-Lp a Трд
Таким образом, получим
7. Диффузия электронов и дырок
251
откуда видно, что Дрь может стать очень большим, если Nia^>N^b. Если
ввести "скорость утечки" оь определенную уравнением (7.134), то получим
vittbPa = v\bbPb> (7.188)
и тогда из уравнения (7.185) следует, что vla=Dba/Lpa=(Dba/tvaYV
Например, если Dha=25 смг-с-1 и тРв=10-4 с, то о,о=500 см-с-1. Пусть v& -
скорость дрейфа дырок в электрическом поле по направлению к переходу.
Тогда
ib = eViPb = evlaApa = evleApb^, (7.189)
так что
%-(%)(&¦ <7|90>
Приведенная выше величина Dha соответствует ph=103 смг-В-1-•с-1, так что
для ^=0,5 В-см-1 имеем od=ou. При этом условии Ьрь^Рь^МiJ^Ab< очевидно,
может быть очень большим.
Полная математическая теория я+-я- и р+-р-переходов разработана Ганном
(4].
7.11. Поверхностные свойства полупроводников
Рассмотрим теперь свойства контактов между металлами и полупроводниками.
Как выяснилось, свойства таких контактов сильно зависят от условий на
поверхности полупроводника. Это не является неожиданным для прижимных
контактов, поскольку в этом случае очевидно влияние на свойства контакта
поверхностных оксидных слоев и других загрязнений поверхности. Роль
поверхностных свойств, однако, оказалась более существенной для всех
контактов между металлами и полупроводниками, чем для контактов между
двумя металлами. Они оказывают заметное влияние на выпрямительные и
инжекционные свойства контакта. Когда мы приступим к рассмотрению сварных
и вплавных контактов, то увидим, что положение еще более осложняется, так
как процесс нанесения контакта почти всегда сопровождается изменением
свойств полупроводника в окрестности контакта. Наиболее контролируемыми
контактами являются р+-я- или я+-я-переходы, поскольку они являются
частью монокристалла.
Таким образом, прежде чем приступить к рассмотрению контакта между
металлом и полупроводником, необходимо уделить некоторое внимание
поверхностным свойствам полупроводников. Наиболее важным свойством
поверхности является то, что она обычно вызывает появление поверхностных
энергетических уровней, рас-
252
7. Диффузия электронов и дырок
п-типа.
положенных в зоне запрещенных энергий между валентной зоной и зоной
проводимости. Такие поверхностные состояния, предсказанные Таммом [22],
существуют даже в идеальном кристалле и обусловлены наличием границы
кристалла. Однако на практике имеют дело с поверхностными состояниями,
возникшими главным образом вследствие адсорбции примесей на поверхности.
