Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход – это основа полупроводниковых элементов.

Хим. эл-ты состоят из «+» заряженного ядра, вокруг него вращаются “-“ заряженные электроны. Электроны вращаются на разных орбитах. Для устойчивого состояния каждая из орбит должна содержать определенное число электронов. 1 орбита (ближе к ядру которая) содержит 2 электрона. 2 орбита – 8 электронов. 3 орбита – 18 электронов и т.д.

В активных элементах последний слой содержит меньше, чем требуется число электронов. Число электронов, находящихся на последнем слое называется валентностью. Элементы для организации устойчивого состояния объединяются в группы, таким образом, чтобы валентный слой был заполнен до устойчивого состояния. Такая связь – ковалентная, она слабая, неустойчивая. Число электронов, которые не обеспечивают устойчивое состояние, называются свободными,которые под действием сил перемещаются по области, создавая эл. Ток. Также в создании эл. тока участвуют электроны, подвергшиеся ионизации.

Ионизация - переход под воздействием внешних сил электронов с более низкой на более высокую орбиту. В качестве источника такой энергии служат- тепловая энергия, энергия облучающих воздействий и др. Для того, чтобы электрон перескочил с одной орбиты на другую, надо совершить работу выхода. Обратный процесс – переход с более высокой орбиты на низкую называется рекомбинацией. При этом высвобождается атомами энергия в виде изотопа. В теории полупроводников учитываются валентные электроны атомов. В качестве базового хим. эл-та исп-ся 4х валентные: германий, кремний. К чистым элементам добавляются примеси. Примеси: 3х валентный индий, алюминий. 5валентный мышьяк, фосфор. В результате получаются соединения у которых до устойчивости не хватает одного электрона или один свободный. 3х валентная примесь наз. акцептором, при котором соединяется структура с недостающим электроном. ( в теории полупроводников это называется с одной дыркой + заряд)

Дырочная проводимость Р – 5ти валентная примесь – донор.В этом случае в качестве носителя заряда является электрон. Проводимостьназ. электронной (N). Для организации полупроводника соединяют материалы с дырочной и электронной проводимостью. В результате такого соединения протекают электр. токи.

1) Р>N

Из-за разной концентрации носителей в Р и N областях происходит перемещение дырок в обл. N (○ →) и электроны в обл. Р (●→). Дырки и электроны являются основными носителями заряда, помимо этого в каждой из областей в результате ионизации или рекомбинации сущ. Не основные носители (в обл Р – электроны, в обл N – дырки)

Передвижение основных носителей создает диффузный ток (I Диф). Диффузия носителей в приграничной области и создающий слой неосновных носителей. Такой слой обладает большим сопротивлением. При этом структура становится вида 2. Концентрация в приграничном слое не основных носителей создает разность потенциалов, которая называется потенциальным барьером для основных носителей. Под воздействием разности потенциалов неосновных носителей начнут возвращаться в свои области, создавая дрейфовый ток.Он увеличивает концентрацию оси носителей, что вызывает увеличение диффузного тока. Равновесие в системе наступит когда I диф = I дрейф. и в системе будет создан устойчивый потенциальный барьер величиной Uк.

В рабочем режиме на P-N подаются смещения в виде напряжений внешних источников. При прямом вкл. (смещении) внешнее напряжение Uпр:

Внешний источник существенно повышает в соответствующих областях число основных носителей, повышающих концентрацию. Это приводит к увеличению Iдиф. В результате величина потенциального барьера Uк уменьшается и становится = Uк – Uпр.

Через PN течет ток Iпр, величина которого пропорциональна приложенному внешнему напряжению. Такое состояние называется открытым состоянием перехода. Обратное смещение

перехода выполняется путем вкл.

внешнего источника по схеме:

В результате вкл. Uобр, число основных носителей в каждой из зон увеличивается, число неосновных носителей увеличивается в приграничной области. Сопротивление перехода увеличивается до ∞ и создается потенциальный барьер U’к = Uк + Uобр

Такой потенциальный барьер могут преодолеть только неосновные носители, которые создают Iобр.

Поиск по сайту: