Пояснения к изучаемым вопросам. Следует отметить особую важность данного раздела, поскольку все без исключения

 

Следует отметить особую важность данного раздела, поскольку все без исключения полупроводниковые приборы представляют собой комбинации переходов различного типа. Центральным в разделе следует считать изучение свойств электронно-дырочного перехода.

Основные физические процессы в контакте полупроводников различного типа электрической проводимости выявляются при рассмотрении его равновесного состояния, т.е. когда внешнее напряжение равно нулю.

Происходящее на границе разделение свободных носителей тока формирует два разных тока, текущих навстречу друг другу. Один ток по природе своей является диффузионным (ток основных носителей), другой ток -дрейфовым (ток неосновных носителей). Равновесию этих двух токов соответствует некоторое внутреннее напряжение на электронно-дырочном переходе, называемое контактной разностью потенциалов.

Внешнее напряжение в зависимости от полярности по-разному влияет на токи перехода. Говорят, что электронно-дырочный переход обнаруживает свойство односторонней проводимости. Указанное свойство можно количественно рассмотреть с помощью вольт-амперной характеристики перехода, заданной графически или аналитически.

Решение уравнения непрерывности для токов в идеализированном p-n переходе дает для статической вольтамперной характеристики выражение

                                             ,                                          (1)

где  - тепловой ток (ток экстракции неосновных носителей), величина тока  не зависит от приложенного напряжения.

Реальные диоды имеют характеристику, отличающуюся от этого простейшего вида. При больших значениях токов и напряжений отличия особенно заметны, что является следствием проявления различных эффектов электрического поля, не учитываемых формулой (1).

Динамические характеристики электронно-дырочного перехода в значительной мере определяются его емкостями: диффузионной и барьерной. На различную физическую природу этих ёмкостей и отличие диффузионной ёмкости от обычной электрической ёмкости тела должно быть обращено серьезное внимание при изучении раздела.

Для небольшого переменного напряжения электронно-дырочный переход можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из сопротивлений и ёмкостей. Эта схема используется при линейном анализе и синтезе различных электронных устройств, содержащих полупроводниковые диоды.

В принципе любой электронно-дырочный переход имеет еще два перехода типа металл-полупроводник на участках нанесения металлического контакта. Этот переход должен обладать малым сопротивлением, независящим от величины и направления тока. Получение такого контакта, называемого омическим, достигается выбором металла, создающего обогащенные слои на поверхности полупроводника. Интересно заметить, что у контакта металла с дырочным полупроводником при прохождении тока происходит интенсивный процесс рекомбинации. При этом сохраняется непрерывность потока носителей, хотя в металле ток переносится электронами, а в дырочной области перехода - дырками.

Переход металл-полупроводник при определенных условиях может обладать несимметричной вольтамперной характеристикой и тогда контакт называется выпрямляющим. Такие переходы называются переходами Шоттки.

В пособии [1,с. 28-61] материал раздела дан с достаточной полнотой.

Контрольные вопросы

 

1. Как возникает p- n переход при идеальном контакте полупроводников с разным типом электропроводности?

2. Нарисуйте энергетическую диаграмму p- n перехода.

3. Существует ли движение носителей через p- n переход при отсутствии внешнего напряжения.

3. Каково соотношение между токами дрейфа и диффузии при прямом и обратном напряжениях на p- n переходе?

4. Как рассчитать по теоретической вольтамперной характеристике p- n перехода величину его сопротивления для переменного сигнала при прямом смещении p-n перехода?

5. Почему величина барьерной ёмкости зависит от приложенного напряжения?

6. Какова физическая природа диффузионной ёмкости p-n перехода? Почему её величина зависит от прямого тока?

7. Чем отличаются характеристики стабилитронов, использующих различные механизмы лавинного пробоя (лавинный, туннельный)?

8. Как выбирается металл для создания омических или выпрямляющих контактов с полупроводником?

9. Что такое барьер Шоттки и его основные достоинства.

Полупроводниковые диоды

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Принцип классификации полупроводниковых приборов.

• Выпрямительные диоды, универсальные диоды. Импульсные диоды, диод со структурой p- i- n.

• Диоды СВЧ, туннельные и обращенные диоды, ЛПД-диод, диод Ганна.

• Стабилитроны и стабисторы, варикапы.