Зонная диаграмма ПП с донорной примесью

Валентность примеси больше валентности основного материала (Ge + Сурьма). В этом случае появляется свободный электрон, связи ковалентные. Донорная примесь. Электропроводность — электронная, а ПП n- типа.

 

Eс — уровень энергии дна зоны проводимости

Еv — уровень энергии потолка зоны проводимости

Ед — уровнь энергии донорной примеси.

 

Зонная диаграмма ПП с акцепторной примесью

Валентность примеси меньше, чем у основного манериала (Ge + In). В этом случае, чтобы образовать кристаллическую решетку индий «отбирает» электрон у германия. Отметим, что индий отбитая электрон связивает германий в ковалентную связь и образуется дырка, те положительно заряженый германий. Такой вид примеси называется акцепторный. Электропроводность — дырочная, а ПП p- типа.

 

Eс — уровень энергии дна зоны проводимости

Еv — уровень энергии потолка зоны проводимости

Еа — уровнь энергии акцепторной примеси.

Понятие о потенциале и уровне Ферми для ПП материалов.

В теории ПП взаимодействия и св-ва зарядов характеризуется не самой энергией, а потенциалом . В расчетах появляется температурный потенциал , где k — постоянная Больцмана; T — абсолютная температура.

n*p = const при T=const и зависит от ширины ЗЗ

обычно используется потенциал уровня Ферми.

Nd – концентрация донорной примеси

ni — собственная концентрация зарядов.

Na — концентрация акцепторной примеси

pi — собственная концентрация дырок

phi_p — электростатический потенциал (в середине ЗЗ)

Уровень энергии зависит от концентрации примеси и собственной концентрации.

Электрические переходы между двумя различными материалами

Это граничный слой между двумя областями материалов физические характеристики которых различны.

Переходы могут быть pn- переходы (электронно-дырочные); n+n- переходы (электронно-электронные, с различными концентрациями); p+p (гетеропереходы имеют различную ширину ЗЗ); p-i (проводимость в одной зоне собственная а в другой примесная); n-i; p-i-n; металл-ПП.

Электрические переходы образуются не механическим соединением, а по специальным технологиям

Электрические переходы между металлом и ПП.

Это граничный слой между двумя областями материалов физические характеристики которых различны.

При образовании перехода металл-ПП происходит процесс выравнивания уровня Ферми за счет того, что потенциал электроны переходят в область проводимости, там рекомбинируют с дырками и образуют слой положительных ионов.

Процесс будет идти до тех пор пока не уровняются уровни Ферми и установится динамическое равновесие, результирующий ток равен нуню.

Отметим, что образовавшиеся электрическое поле препятствует прохождению основных зарядов.

В ПП в области перехода концентрация дырок уменьшится, а следовательно этот элемент имеет повышенное сопротивление.

Два варианта включения в цепь: прямое и обратное.

1) Внешнее электрическое поле направленно на встречу внутреннему, происходит ослабление преграды ток в цепи увеличивается.

2) Внешнее поле складывается со внутренним увеличивается преграда тог падает.

В результате анализа опыта можно обнаружить, что в первом случае ток проходит беспрепятственно, а во втором ток не будет проходить, т.е. обнаружена односторонняя проводимость.

Для практики особенно важно когда уровень Ферми металла меньше уровня Ферми ПП p- типа, или выше ПП n- типа. В этом случае наружный заряд обогащается и сопротивление понижается.

Процессы в p-n-переходе.

Это электронной переход ПП имеющих различный тип проводимости, (если концентрации зарядов p и n равны то переход симметричный).

В виду того что концентрации дырок больше, то дырки попадают из n в p область рекомбинируют и создают в приграничной области повышенное концентрацию положительных зарядов. Электроны при переходе рекомбинируют с дырками, создавая повышенную концентрацию отрицательных зарядов.

В результате на границе раздела образуется система 2 зарядов в области n- система положительных зарядов, а в области p- систему отрицательных зарядов.

Область образовавшихся зарядов называют областью pn-переход. В этой области концентрация основных носителей заряда понижена, следовательно удельное сопротивление в pn области выше, чем в других областях. Результирующий ток равен нулю.

Поле созданное в области pn перехода препятствует проходу основных зарядов и не препятствует проходу других зарядов.

Uk — контактная разность потенциалов. Принято: Ge – Uk=(0.32-0.4) В; Si – Uk=0.7 B.