4.R-p-преход с обратно напрежение.
Нека външният източник на напрежение е свързан с положителен полюс към зонатаp,и отрицателен - към зонатаp(фиг. 2.4, а).
При таковаобратно напрежениепрез прехода протича много малъкобратен ток, което се обяснява по следния начин.
Полето, създадено от обратното напрежение, се добавя към полето на контактната потенциална разлика. На фиг. 2.4, и това е показано чрез същите посоки на векторите.Полученото поле се усилва и височината на потенциалната бариера сега е (фиг. 2.4, b).
Вече с леко повишаване на бариерата, дифузионното движение на основните носители през кръстовището спира, т.е. тъй като собствените скорости на носителите не са достатъчни за преодоляване на бариерата. И токът на проводимост остава почти непроменен, тъй като се определя главно от броя на незначителните носители, попадащи наn - pпрехода отp-иp-областите. Отстраняването на незначителни носители презn -p-преход чрез ускоряващо електрическо поле, създадено от обратно напрежение, се наричаекстракция на ноносители на заряд(думата „екстракция“ означава „издърпване, екстракция“).
По този начин обратният ток е токът на проводимост, причинен от движението на незначителни носители. Обратният ток се оказва много малък, тъй като има малко миноритарни носители и в допълнение съпротивлението на бариерния слой с обратно напрежение е много високо. Наистина, с увеличаване на обратното напрежение, полето в мястото на прехода става по-силно и под действието на това поле повече основни носители се „изтласкват“ от граничните слоеве дълбоко в областитеn-иp-. Следователно, с увеличаване на обратното напрежение, не само височинатапотенциална бариера, но също и дебелината на блокиращия слой(do6p>d).Този слой е още по-изчерпан на носители и неговата устойчивост се увеличава значително, т.е..
Дори при относително малко обратно напрежение, обратният ток става почти постоянен. Това е така, защото броят на миноритарните носители е ограничен. С повишаване на температурата концентрацията им се увеличава и обратният ток се увеличава, а обратното съпротивление намалява.
Тема 3. Полупроводникови диоди
Полупроводниковият диод е двуелектродно полупроводниково устройство с изправителен електрически преход. Като изправителен електрически преход се използваpn преход,хетеропреход или изправителен контакт метал-полупроводник.
1. Устройството на полупроводникови диоди
По-голямата част от полупроводниковите диоди е структура, състояща се отn-тип иp-тип области, имащи различни концентрации на примеси и разделени от преход електрон-дупка. Областта с висока концентрация на примеси (около 10 18 cm -3 ) се наричаемитер,областта с ниска концентрация на примеси (около 10 14 -10 16 cm -3 ) се наричабаза.
Има различни методи за създаване на електронно-дупкови структури:
Метод на сливане.При производството наp-n-структурата по метода на сливане в германиев кристал със слабо изразена електронна електропроводимост се слива таблетка от индий, галий или бор. По време на термичната обработка таблетката и съседният на нея слой германий се стопяват и германият се разтваря в разтопения примес. След охлаждане върху повърхността на кристала се образува тънък слой германий с ясно изразендупкова проводимост. Преходът електрон-дупка в този случай се оказва остър.
Дифузионен метод.При производството на диод по дифузионния метод върху повърхността на силиконова пластина се създава алуминиев слой със слабо изразена електронна електропроводимост чрез вакуумно отлагане. По време на топлинна обработка алуминиевите атоми дифундират дълбоко в кристала, което води до образуването на слой с дупкова проводимост. Характеристика на диодите, получени по този метод, е, че концентрацията на въведените примеси намалява с дълбочина, така че преходътp-p-е плавен.
Метод на епитаксиален растеж.При производството на диоди чрез метода на епитаксиален растеж силициевите атоми се отлагат върху силиконова пластина с определен тип електрическа проводимост от пари на силициев хлорид, съдържащи донорни или акцепторни примеси. Отложените атоми повтарят кристалната структура на силиконова пластина, в резултат на което се образува единичен кристал, едната част от който има електронна проводимост, другата има дупкова проводимост.
Точков метод.Съществуват и точкови диоди, при които метална игла се опира в добре полирана германиева или силиконова пластина с електронна електропроводимост. В процеса на производство контактът на иглата с полупроводника се подлага на електрическо формоване, което се състои в преминаване на мощни токови импулси през контакта. В този случай се получава локално нагряване на контакта и върхът на иглата се слива с полупроводника, което осигурява стабилност и механична якост на контакта. В допълнение, по време на процеса на формоване, част от материала на иглата дифундира в полупроводника, образувайки полусферична област с електрическа проводимост на дупки под точковия контакт.
Независимо от метода на производство на полупроводников диод, концентрацията на примеси в основата винаги е по-малка, отколкото в емитера, така че преходът електрон-дупка се измества към основната област, тоест е асиметричен. Поради ниската концентрация на примеси, основата има значително съпротивление.Ширината на основата в много случаи е по-малка от дължината на дифузия на отворите.
На фиг. 3.1 показваp-n-структура, направена чрез комбинирана технология, широко използвана в производството на интегрални схеми.
n+ -тип епитаксиален слойn-тип се отглежда върху силиконов субстрат. След това повърхността на отглеждания слой се окислява, в резултат на което се образува слой с дебелина около 1 μm, в който се създават прозорци и през тях чрез дифузия се внася акцепторен примес, който променя вида на електропроводимостта на отглеждания кристал. В резултат на това се образува p+ слой с висока концентрация на примеси, отделен от областтаnчрез преход електрон-дупка. След това извършете омични контакти сp+-и p + -области чрез отлагане на алуминий. По време на производствения процес голям брой идентичниpn-структури се създават върху силиконова пластина. Такава плоча е разделена на отделни кристали, всеки от които е монтиран в запечатан метален, пластмасов или стъклен корпус, който предпазва кристала от влиянието на околната среда, а основата и емитерът са свързани към външни клеми чрез омични контакти.