Расчет параметров ступенчатого p-n перехода (zip 860 kb)

Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
Теги реферата: шпаргалки по математике юридические рефераты, курсовая работа по менеджменту
Добавил(а) на сайт: Zabrodin.

При резком изменении типа проводимости (рис. 1.1.б) диффузионные токи велики, и для их компенсации необходимо существенное нарушение электронейтральности (1.1.1).

Изменение потенциала по глубине x полупроводника происходит по экспоненциальному закону: [pic]. Глубина проникновения электрического поля в полупроводник, Ld, называется дебаевской длиной и определяется из уравнения:

[pic], где [pic] - температурный потенциал.

При этом электрическая нейтральность существенно нарушается, если на дебаевской длине изменение результирующей концентрации примеси велико.

Таким образом нейтральность нарушается при условии:

[pic] (1.1.2)

В состоянии термодинамического равновесия при отсутствии вырождения[5] справедлив закон действующих масс:

[pic] (1.1.3)

При условии (1.1.3) правая часть (1.1.2) достигает минимума при [pic] поэтому условие существования перехода (условие существенного нарушения нейтральности) имеет вид:

[pic], (1.1.4) где [pic]–дебаевская длина в собственном полупроводнике.

Переходы, в которых изменение концентрации примеси на границе слоев p- и n-типа могут считаться скачкообразными [pic] называются ступенчатыми.

В плавных переходах градиент концентрации примеси конечен, но удовлетворяет неравенству(1.1.4).

Практически ступенчатыми могут считаться p-n-переходы, в которых изменение концентрации примеси существенно меняется на отрезке меньшем Ld.
Такие переходы могут быть полученными путем сплавления, эпитаксии.

По отношению к концентрации основных носителей в слоях p- и n-типа переходы делятся на симметричные и несимметричные.

Симметричные переходы имеют одинаковую концентрацию основных носителей в слоях (pp ? nn). В несимметричных p-n-переходах имеет место различная концентрация основных носителей в слоях (pp >> nn или nn >> pp), различающаяся в 100–1000 раз [3].

1.2 Структура p-n-перехода.

Наиболее просто поддаются анализу ступенчатые переходы. Структура ступенчатого перехода представлена на рис. 1.2. Практически все концентрации примесей в p- и n-областях превышают собственную концентрацию носителей заряда ni. Для определения будем полагать, что эмиттером является p–область, а базой n–область. В большинстве практических случаев выполняется неравенство

[pic] где [pic] и [pic]-результирующие концентрации примеси в эмиттере и базе.

Рисунок 1.2 соответствует кремниевому переходу (ni ? 1010 см-3 ) при комнатной температуре (Т=290К) с концентрацией примеси [pic],[pic].

Рисунок 1.2 Распределение примеси и носителей заряда в ступенчатом P-N переходе: (а)- полулогарифмический масштаб; (б)- линейный масштаб.

В глубине эмиттера и базы концентрация основных носителей заряда практически совпадает с результирующей концентрацией примеси: pро =Nэ, nnо=NБ, (1.2.1) а концентрация не основных носителей определяется законом действующих масс: nр0=ni/pр0=ni/Nэ (1.2.2.а) pn0=ni/nn0=ni/NБ (1.2.2.б)

Индексы «p» и «n» соответствуют p- и n-областям, а индекс «0» соответствует состоянию термодинамического равновесия. Следует отметить, что концентрация не основных носителей в базе больше чем в эмиттере (а при
Nэ>>NБ много больше). На рис. 1.2.а распределение примесей и носителей заряда представлено в полулогарифмическом масштабе.

Переход занимает область –lр0 < x < ln0. Конечно границы перехода x=- lp0 и x=ln0 определены в некоторой степени условно, так как концентрация основных носителей изменяется плавно. Тем не менее, из рисунка видно, что уже на небольшом расстоянии от границ внутри перехода выполняется равенство:

P

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки