Ma’ruza yarimoqchilar materiallarning elektr o’tkazishi

P-n o'tish joyidagi oqimlar.Energiyaga ega bo'lgan asosiy zaryad tashuvchilar
(1.1 ga qarang), p-n o'tish joyidan qo'shni hududlarga o'ting diffuziya soni p-n-o'tish maydoniga qarshi. Ular diffuziya oqimini hosil qiladi. Asosiy zaryad tashuvchilarning p-n o'tish joyi orqali harakatlanishi bilan bir vaqtda ozchilik tashuvchilar (n mintaqadagi teshiklar va p mintaqasidagi elektronlar) p-n o'tish maydoni yo'nalishi bo'yicha harakat qila boshlaydilar, bu esa p-n o'tish maydoni uchun tezlashadi. ular. Ozchilik tashuvchisi oqimi drift oqimidir. Tashqi maydon bo'lmaganda dinamik muvozanat o'rnatiladi, ya'ni diffuziya va drift oqimlari mutlaq qiymatda tengdir. Ammo diffuziya va drift oqimlari qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilganligi sababli, p-n birikmasidan o'tadigan oqim nolga teng bo'ladi.
To'g'ridan-to'g'ri kiritish p - n o'tish
Agar p-n o'tish joyiga tashqi kuchlanish manbai U ulangan bo'lsa, u holda muvozanat holati buziladi va oqim o'ta boshlaydi. Agar kuchlanish manbai p-tipli maydonga ortiqcha belgisi va n-tipli maydonga minus belgisi bilan ulangan bo'lsa, unda biz to'g'ridan-to'g'ri deb ataladigan inklyuziya olamiz (2.3-rasm).

Rasm. 2.3

Kuchlanish manbasining elektr maydoni kontakt maydoni tomon yo'naltiriladi, shuning uchun p-n birikmasida hosil bo'lgan maydonning kuchi kamayadi. Maydon kuchining pasayishi quvvat manbai kuchlanishining qiymati bo'yicha potentsial to'siq balandligining pasayishiga olib keladi: ^U_K – ^U₀. Bu holda p-n o'tishning kengligi ham kamayishini ko'rish oson.
Potensial to'siq balandligining pasayishi p-n o'tish orqali asosiy zaryad tashuvchilarning o'tishlari sonining ko'payishiga olib keladi, ya'ni diffuziya oqimi ortadi. Har bir mintaqada ozchilik zaryad tashuvchilarning ortiqcha konsentratsiyasi paydo bo'ladi n-hududida teshiklar, p-mintaqada elektronlar. Yarim o'tkazgichning har qanday hududiga kichik zaryad tashuvchilarni majburlash jarayoni in'ektsiya deb ataladi.
Diffuziya oqimining kuchlanish o'zgarishi bilan o'zgarishi eksponensial qonunga muvofiq sodir bo'ladi:
(2.1)

0
Bu erda I0 - drift oqimi yoki u teskari oqim deb ataladi p-n- o'tish.
To'g'ridan-to'g'ri ulanishda potentsial to'siq balandligining o'zgarishi teskari oqimga ta'sir qilmaydi, chunki bu oqim faqat xaotik termal ta'siri natijasida birlik vaqtiga p-n o'tish orqali uzatiladigan ozchilikdagi zaryad tashuvchilar soni bilan belgilanadi. harakat. Diffuziya va drift oqimlari qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltiriladi, shuning uchun (2.1) ni hisobga olgan holda p-n o'tish joyi orqali hosil bo'lgan (to'g'ridan-to'g'ri) oqim.
(2.2)
Joriy I₀ germaniyda o'nlab mA yoki kremniy p-n o'tish joylarida nanometrga teng, lekin harorat oshishi bilan kuchli ortadi. Biroq, I₀ ning katta farqi tarmoqli bo'shlig'i bilan belgilanadi.

Teskari inklyuziya p - n o'tish

Bunday holda, tashqi kuchlanish U₀ n- mintaqaga ortiqcha belgisi bilan qo'llaniladi (2.4-rasm).

Rasm. 2.4
Kuchlanish manbasining elektr maydoni birlashmaning aloqa maydoni bilan bir xil yo'nalishda yo'naltiriladi. Shuning uchun potentsial to'siqning balandligi ortadi va U_К + U₀ ga teng bo'ladi. Teskari moyillikning ortishi p-n birikmasining kengayishiga olib keladi (I_PR < I_obr). Amaliy hisob-kitoblar uchun quyidagi formuladan foydalanish qulay:
(2.3)
Qayerda - yo'qligida p-n-birikmasining kengligi tashqi maydon. Bu yerda ^- qarindosh dielektrik doimiy yarim o'tkazgich, ^₀ - elektr doimiyligi.
Potensial to'siqning oshishi diffuziya oqimining pasayishiga olib keladi. Diffuziya oqimi eksponensial qonunga muvofiq o'zgaradi
(2.4)

0
Chunki driftoqim potentsial to'siqning balandligiga bog'liq emas va I0 ga teng, keyin p-n o'tish orqali hosil bo'lgan oqim

Qayta yoqilganda, kontaktli yarimo'tkazgichlardan ozchilik tashuvchilarni chiqarish (chiqarish) sodir bo'ladi. Shuning uchun teskari oqim ekstraktsiya oqimi deb ataladi.

Volt-amper xarakteristikasi (VAC) p - n o'tish

VAX oqimning p-n o'tish orqali qo'llaniladiganga bog'liqligi deb ataladi uning kuchlanishi I=f(U). (2.2) va (2.5) ga asoslanib, eng umumiy shaklda u ko'rsatkichli bog'liqlik bilan ifodalanadi (2.5 a rasm).
(2.6)
Agar p-n birikmasi yoqilgan bo'lsaoldinga yo'nalishda, kuchlanish bo'ladi ortiqcha belgisi bilan, agar aksincha bo'lsa - minus belgisi bilan. Qachon 0,1 V bo'lsa, eksponensial atama bilan solishtirganda e'tibordan chetda qolishi mumkin va to'g'ridan-to'g'ri oqim kuchayib borayotgan kuchlanish bilan eksponent ravishda o'sadi. Qayta yoqilganda, teskari oqim qiymatga etadi - 0,2 V va undan yuqori darajadagi kuchlanishlarda, kuchlanish kuchayishi bilan o'zgarmaydi. Shuning uchun qiymati teskari p-n o'tishning to'yinganlik oqimining nomini oladi.

a) b)
Rasm. 2.5

Teskari oqim to'g'ridan-to'g'ri oqimdan bir necha marta kichikroqdir, ya'ni p-n o'tish joyi oqimni oldinga yo'nalishda yaxshi va teskari yo'nalishda yomon o'tkazadi. Shuning uchun p-n o'tish joyi to'g'rilash harakati bilan tavsiflanadi, bu uni o'zgaruvchan tokni rektifikator sifatida ishlatish imkonini beradi.
VAX ning to'g'ridan-to'g'ri tarmog'ining qiyaligi harorat oshishi bilan ortadi (2.5-rasm. b), eksponensial atama bo'lishiga qaramay harorat ko'tarilishi bilan kamayadi. Bu ning kuchliroq ijobiy haroratga bog'liqligi bilan bog'liq. Natijada, to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishlarda oqim harorat oshishi bilan ortadi. Amalda, haroratning p-n o'tishning VAX ga ta'siri kuchlanish harorat koeffitsienti (KHK) deb ataladigan parametr bilan baholanadi. KHK ni aniqlash uchun haroratni o'zgartirib, to'g'ridan-to'g'ri oqimdagi p-n o'tish joyidagi kuchlanish o'zgarishini o'lchang. Odatda, KHK salbiy belgiga ega, ya'ni harorat oshishi bilan birlashmadagi kuchlanish pasayadi. Kremniydan tayyorlangan p-n o'tish joylari uchun KHK taxminan 3 mV/grad.
Tenglama (2.6) ideallashtirilgan p-n birikmasining VAX ni tavsiflaydi. Bunday o'tishda p- va n-hududlarining hajm qarshiligi nolga teng, deb ishoniladi va p-n o'tishning o'zida oqim o'tganda, rekombinatsiya jarayonlari sodir bo'lmaydi. Haqiqiy birikmada asosiy qarshilik odatda o'nlab ohmni tashkil qiladi. Shuning uchun, p-n o'tish joyidagi kuchlanish va tashqi kuchlanish o'rtasidagi farqni hisobga olgan holda (2.6) formulaga tuzatish kiritiladi. Ushbu tuzatish bilan biz olamiz

0
_{I  I e}q(U₀ _BI ) / kT _ (2.7)