Тема 1.1.11. Электронный-дырочный переход при обратном напряжении.

Обратным называется такое включение p–n – перехода, при котором происходит повышение потенциального барьера. Для этого плюс источника подключают к n – области, а минус к р – области. Под действием такого обратного напряжения Uобр через переход протекает очень небольшой обратный ток Iобр, что объясняется следующим образом.

Поле, создаваемое обратным напряжением складывается с полем контактной разности потенциалов. Поскольку при обратном включении p – перехода неосновные носители заряда данной области могут только уходить из неё через переход в смежную область, а в обратном направлении их переход невозможен из-за высокого потенциального барьера.

Происходит выведение неосновных носителей через p–n – переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением называют экстракцией носителей заряда.

Рассмотрим подробнее, как устанавливается обратный ток при включении обратного напряжения. Сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей. Электроны в n – области движутся по направлению к положительному полюсу источника, то есть удаляясь от p–n – перехода.

В р – области, удаляясь от p–n – перехода, движутся дырки. У отрицательного электрода они рекомбинируют с электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника.

Поскольку из n – области уходят электроны, она заряжается положительно, так как в ней остаются положительно заряженные атомы донорной примеси.

Подобно этому p – область заряжается отрицательно, так как дырки заполняются приходящими электронами, и в ней остаются отрицательно заряженные атомы акцепторной примеси.

Свойства p-n перехода. К основным свойствам p-n перехода относятся:

Частотные свойства p-n перехода;

Пробой p-n перехода.

Так как величина обратного тока во много раз меньше, чем прямого, то обратным током можно пренебречь и считать, что p-n переход проводит ток только в одну сторону.

Температурное свойство p-n перехода показывает, как изменяется работа p-n перехода при изменении температуры. На p-n переход в значительной степени влияет нагрев, в очень малой степени–охлаждение. При увеличении температуры увеличивается термогенерация носителей заряда, что приводит к увеличению как прямого, так и обратного тока.

Частотные свойства p-n перехода показывают, как работает p-n переход при подаче на него переменного напряжения высокой частоты.

Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n перехода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ёмкостное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при прямом включении. В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости.

1.1.12. Переход металл – полупроводник.

В современных полупроводниковых приборах контактов с электронно – дырочным передом применяются так же контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой работ выхода электронов, т.е. от той энергии, которую должен затратить электрон что бы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работы выхода тем больше электронов может выйти из данного тела.

Если в контакте металла с полупроводником n-типа работы (рис.1.11.а) выхода электронов из металла Аm меньше чем работа Аm < Аn выхода из полупроводника Аn, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электрон), и это слой становится обогащённым. Сопротивление этого слоя будет малым, при любой полярности приложенного напряжения. Такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.

Невыпрямляющие контакты широко используются в полупроводниковых приборах или устройстве вывода от n и p - областей.

Иные свойства имеют переход показанный на рис.1.11.б, Аm > Аn, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл. В??? слое полупроводника образуется область, обеднённая основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создаётся высокий потенциальный барьер, высота которого зависит от полярности приложенного напряжения.

Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы исследовал немецкий учёный В. Шотки и поэтому потенциальный барьер возникающим в данном случае называется барьером Шотки, а диоды с этим барьером диодами Шотки.

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p – типа, если работа выхода электронов из полупроводника меньше чем из металла (Аm > Ар). В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника так же образуется область обогащённая основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление.