p-n-переходы, для которых характерно неравенство Рр„>Пщ (или

Ппо>РРо)-

При прямом смещении несимметричного перехода напряжением внешнего источника высота потенциалвного барьера уменьшается и через переход осуществляется инжекция неосновных носителей из эмиттерной, например, р-области полупроводника в базу (в п-область). При обратном смещении через несимметричный переход течет обратный ток неосновных носителей (главным образом - дырок из п- в р-область). Однако уровень инжекции в базе всегда выше, чем в эмиттерной области. В базовой области обычно сосредоточен потенциальный барьер несимметричного перехода. Обозначение несимметричных переходов ведут символами р+-п (или п+-р). Здесь знаком «-Ь» отмечают область с большей концентрацией примесей.

Переходы типа p-i и n-i возникают при контакте примесного (типа р или п) и собственного (i) полупроводников с различной концентрацией носителей заряда {Pp>Pi и П{>Пр).

При контакте высоколегированного р+-полупроводника со слаболегированным р-полупроводником (структура Р=р) разность концентраций дырок меньше, чем в структуре p=i, поэтому снизится высота потенциального барьера. Аналогичные явления наблюдаются при использовании структуры п+=п. Потенциальный барьер, возникающий на границе раздела этих структур, препятствует свободному обмену зарядов между областями полупроводника.

В переходах металл - полупроводник возникают явления, связанные с разницей в работе выхода электронов из металла и полупроводника. Под работой выхода электронов понимают энергию, необходимую для перевода электрона с уровня Ферми на потолок верхней свободной зоны.

При создании контакта металла с полупроводником возникает диффузия электронов из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода. При этом происходит перераспределение зарядов, которое вызывает появление электрического поля и контактной разности потенциалов.

В зависимости от типа электропроводности полупроводника и значений работы выхода контактирующих материалов в полупроводнике возникает обедненный, инверсный или обогащенный слой. Так, при контакте металла с «-полупроводником, у которого работа выхода ефоп меньше, чем у металла etpo, т. е. (ефогг<ефо), электроны из зоны проводимости fi-полупроводника будут переходить в металл. В результате металл заряжается отрицательно, а в обедненной (из-за ухода электронов) приконтактной области полупроводника возникнет нескомпенсированный положительный заряд ионов доноров. Возникает поле, которое будет препятствовать дальнейшему движению электронов в металл. Если к такому переходу подключить напряжение внешнего источника, он будет обладать униполярным (выпрямляющим) свойством (проводить ток в одном направлении).

Аналогичный переход с униполярными свойствами можно получить при контакте металла с р-полупроводником, работа выхода у которого выше, чем у металла (ефор>ефо). Электроны из металла будут шереходить р-полупроводник и заряжать его отрицательным зарядом, а металл остается с нескомпенсированным положительным зарядом. Возникшую контактную разность потенциалов можно скомпенсировать напряжением внешнего источника, под действием которого увеличится поток электронов из металла в полупроводник, обеспечивая проводимость тока через структуру.

Если разность работ выхода металла и полупроводника велика (ефо>ефоп), то в запираюшем слое полупроводника возможно образование инверсного слоя, обладающего противоположным типом проводимости. Например, в запирающем слое «-полупроводника вследствие перехода в металл части валентных электронов воз- никает инверсный р-слой.

Заметим, что в местах пайки металлических токоотводов к монокристаллу полупроводниковых приборов контакта с униполярными свойствами не возникает. Здесь образуется слой с повышенной концентрацией основных носителей, обладающий хорошей удельной проводимостью.

Гетеропереход возникает между двумя разнородными полупроводниками с различной шириной запрещенных зон (например, германием и арсенидом галлия). На границе раздела этих полупроводников с различными параметрами кристаллической решетки возникают дефекты, которые могут служить центрами захвата, рекомбинации и генерации носителей заряда. Ток через такой переход определяется концентрацией носителей заряда в приконтактных областях и напряженностью поля внешнего источника.

§ 3.4. Волы-амперная характеристика р-п-перехода

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представляет зависимость между протекающим через р-«-переход током и приложенным к нему напряжением /=ф(С/). Эта зависимость устанавливается на основании уравнений непрерывности (2.31) для стационарных условий (при постоянном градиенте концентрации носителей dp/dt=0; du/dt=0) и некоторой идеализации процессов в р-п-переходе (низком уровне инжекции, одномерном движении носителей вдоль оси, перпендикулярной плоскости перехода, пренебрегая генерацией и рекомбинацией носителей, считая напряженность электрического поля вне перехода £=0, т. е. пренебрегая дрейфовой составляющей тока).

С учетом этих допущений ВАХ р-п-перехода описывается уравнением

/=/„( -1), (3.17)

где /о - тепловой ток р-п-перехода;

и - приложенное к переходу напряжение (с его знаком); фт - температурный потенциал.

При положительных напряжениях L>0 (прямое смещение р-п-перехода) ток через переход экспоненциально возрастает (очень малые приращения напряжения вызывают большие приращения тока, см. рис. 3.7). При отрицательных напряжениях (7<0 (обратное смещение перехода) ток через переход мал. При большом обратном напряжении экспонента -О, следовательно, через

переход течет ток, не зависящий от прило- Вольт-амперная

жрннпгп няппяжрния \ т р ирпрч характеристика идеали-

женного напряжения т. е. через зированного перехода

переход течет тепловой ток Уо-

Тепловой ток существенно зависит от толщины эмиттера и базы, т. е. отношения wjL. В случае большой толщины эмиттера и базы w„:$>Lp и Шр>1„ тепловой ток

/о « .5 (DpPnjL + D„njL,), (3.18)

где S - площадь перехода.

Первое слагаемое в правой части уравнения (3.18) представляет дырочную, а второе - электронную составляющие обратного дрейфового тока. Для несимметричных переходов Рр„»п„„ и Пр„<С <СРио и тепловой ток р-п-перехода будет в основном дырочным (из базы Б эмиттер).

При малых размерах областей {w„-Lp и Wp<Ln) тепловой

= es (Dpp„jw„ + Djipjwp). (3.19)

Подставляя значения коэффициентов диффузии Dp=LllXp и ПрЬ%г„, получим

- fo = eS(Lppj%p+Lnpj6n). (3.20)

Здесь отношения pnjip и ПрУти выражают соответственно скорости генерации дырок и электронов. Тепловой ток зависит от материала перехода, степени его легирования примесями и темпера-,туры.

! При несимметричных р-п-переходах с высоколегированной р-областью эмиттера (NsC>Np) концентрация неосновных носителей в базе будет больше, чем в эмиттерной области. В этих условиях тепловой ток {согласно (3.19)] будет определяться неосновными носителями базы (дырками)

I,eSDpp„jWn. (3.21)

Концентрация неосновных носителей согласно уравнению" (2.15) Рщ=Пг/Мд или рп=Рщ=Пг/Ма, следоватсльно, значение теплового тока пропорционально собственной концентрации сильно зависящей от температуры

й /о eS {DpJWn) (nf/N,). (3.22)