Полупроводников (p-n переход)

Для создания контакта электронного и дырочного полупроводников в одну часть кристалла вводится акцепторная примесь, а в другую часть – донорная. Граница раздела между областями кристалла с разного типа проводимостью называется электронно-дырочным или p-n переходом.

В области контакта существует большой градиент концентраций электронов и дырок. Это вызывает диффузию электронов из n-области в р-область и дырок из р-области в n-область. Возникновение диффузионных потоков приводит к

разделению зарядов: в n-области у границы перехода появится положительный объемный заряд, а в р-области у границы перехода – отрицательный – рис. 2.3. Объемные заряды в области контакта создают сильное электрическое поле, направленное от n-области к р-области, которое препятствует дальнейшему движению электронов и дырок.

Рис. 2.3. Возникновение электрического поля в p-n переходе

Приложим внешнее напряжение к p-n переходу: минус - к электронному полупроводнику, плюс – к дырочному. Такое напряжение соответствует включению перехода в прямом направлении. Внешнее электрическое поле направлено против внутреннего поля перехода, снижая последнее. Это позволит основным носителям заряда пересекать область перехода, при этом они становятся неосновными носителями, создавая заметный ток.

При включении внешнего напряжения в обратном направлении внешнее поле совпадает по направлению с внутренним, что увеличивает потенциальный барьер и препятствует движению основных носителей заряда.

На рис. 2.4 изображена вольтамперная характеристика p-n перехода: обратный ток настолько мал, что p-n переход, включенный в обратном направлении, широко используется для изоляции соседних элементов ИМС друг от друга.

При увеличении обратного напряжения на переходе обратный ток стремится к насыщению - j_s на рис. 2.4. При больших обратных напряжениях происходит резкий рост обратного тока. Это явление называется пробоем.

Рис. 2.4. Вольтамперная характеристика p-n перехода

В основе полупроводниковых транзисторов лежит работа р-n переходов. Например, в структуру биполярного транзистора входят два p-n перехода: эмиттер – база и база – коллектор – рис. 2.5.

Рис. 2.5. Структура планарного n-p-n транзистора:

1 – высокоомный коллекторный слой, 2 – диффузионная база р-типа, 3 – диффузионный эмиттерный слой n-типа, 4 – алюминиевая металлизация, 5 – слой окисла