Определение свойств и характеристик p-n переходов

Общие сведения

В основе действия большинства активных твердотельных электронных приборов лежат свойства электрических контактов (переходов) между веществами. В зависимости от типа контактирующих веществ возможны следующие виды электронных переходов:

· p-n переход (переход между двумя полупроводниками, одинаковой природы, но с разными типами проводимости);

· n⁺-n и p⁺-p переходы (переход между двумя полупроводниками, одинаковой природы и одинакового типа проводимости, но с различными уровнями легирования, сильнолегированная часть обозначается «+»);

· переход «металл – полупроводник» (выпрямляющий, либо омический);

· гетеропереход (переход между двумя полупроводниками различной химической природы);

· переход «металл–диэлектрик–полупроводник» (металл–оксид–полу-проводник (МОП) – структура).

На основе p-n перехода работают выпрямляющие диоды, туннельные диоды, фотодиоды, светодиоды, стабилитроны, солнечные элементы, варикапы, полупроводниковые лазеры, всевозможные датчики (магнитодиоды, тензодиоды, датчики температуры). Более сложные полупроводниковый приборы работают на основе взаимодействия многих p-n переходов. Для таких разных приборов оптимальными будут различные уровни легирования p- и n-областей, характер распределения примеси в переходном слое в области контакта.

Уровень Ферми представляет собой химический потенциал электронов в рассматриваемой системе. Условием равновесия двух материалов (металлов, диэлектриков или полупроводников) является равенство их уровней Ферми
(рис. 2.1). Положение уровня Ферми на зонных схемах разных полупроводников представляет самостоятельный интерес.

Рис. 2.1. Схема p-n перехода в равновесном состоянии

На рисунке обозначены основные параметры p-n перехода:

· φ_k – потенциальный барьер, контактная разность потенциалов;

· d – ширина области контакта, область пространственного заряда, слой, обедненный носителями заряда, эта область обладает повышенным сопротивлением.

Видно, что в равновесном состоянии потенциальный барьер p-n перехода равен разнице в уровнях Ферми p- и n-областей:

(2.1)