4. Неравновесное состояние p-n перехода.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода.

см. ниже

См. ниже

Вольт-амперная характеристика p-n перехода

5. Разновидности пробоев p-n перехода.

Пробой p - n перехода – резкое возрастание обратного тока через p-n переход при незначительном увеличении обратного напряжения

Лавинный пробой обусловлен лавинным размножением носителей в p-n переходе в результате ударной ионизации атомов быстрыми носителями зарядов. Под действием обратного напряжения неосновные носители заряда ускоряются и при движении сталкиваются с атомами кристаллической решетки. При каждом ударе количество свободных электронов увеличивается в два раза. Ионизация происходит только в запорном слое h. Описанный процесс носит лавинный характер (отсюда название) и возникает в широких p-n переходах, где при движении под действием электрического поля носители заряда, встречаясь с большим количеством атомов кристалла, в промежутках между столкновениями приобретают достаточную энергию для их ионизации..

Туннельный пробой обусловлен непосредственным отрывом валентных электронов от атомов кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. Образующиеся при этом дополнительные носители заряда увеличивают обратный ток через p-n переход. Такой тип пробоя возникает в узких p-n переходах, где при сравнительно небольшом обратном напряжении имеется высокая напряженность поля, приводящая к возникновению туннельного эффекта, в результате которого происходит «просачивание» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер.

Лавинный и туннельный пробои сопровождаются появлением почти вертикального участка 1-2 на обратной ветви ВАХ. Причина этого заключается в том, что небольшое повышение напряжения на p–n переходе вызывает более интенсивную генерацию в нем носителей заряда при пробоях.

Лавинный и туннельный пробои являются обратимыми процессами, то есть при снятии напряжения p–n переход восстанавливается.

Тепловой пробой возникает за счет интенсивной термогенерации носителей в p-n переходе при недопустимом повышении температуры. В запорном слое h выделяется мощность P0 = I0·Ua , следовательно, происходит нагрев p-n перехода, а при повышении температуры t0 увеличивается тепловой ток I0, что вызывает рост мощности и так далее. С ростом Uобр повышается температура. Пока P0 < Pтеплоотдачи_, процесс проходит в нормаль-ном режиме, как только P0 > Pтеплоотдачи , рост P0 , I0 , t0 будет происходить и без повышения U_{обр . Та}кой процесс заканчивается расплавлением этого участка и выходом p-n перехода из строя.

6. Контакт металл-полупроводник.

Вслучае контакта возможны различные комбинации (p- и n-типы полупроводника) и соотношения термодинамических работ выхода из металла и полупроводника. В зависимости от этих соотношений в области контакта могут реализоваться три состояния. Первое состояние соответствует условию плоских зон в полупроводнике, в этом случае реализуется нейтральный контакт. Второе состояние соответствует условию обогащения приповерхностной области полупроводника (дырками в p-типе и электронами в n-типе), в этом случае реализуется омический контакт. И, наконец, в третьем состоянии приповерхностная область полупроводника обеднена основными носителями, в этом случае в области контакта со стороны полупроводника формируется область пространственного заряда ионизованных доноров или акцепторов и реализуется блокирующий контакт, или барьер Шоттки В полупроводниковых приборах наибольшее применение получили блокирующие контакты металл - полупроводник или барьеры Шоттки. Рассмотрим условие возникновения барьера Шоттки. Ранеее было показано, что ток термоэлектронной эмиссии с поверхности любого твердого тела определяется уравнением Ричардсона:

Для контакта металл - полупроводник n-типа выберем условие, чтобы термодинамическая работа выхода из полупроводника Ф_п/п была меньше чем термодинамическая работа выхода из металла Ф_Ме. В этом случае согласно уравнению (2.29) ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника j_п/п будет больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:При контакте таких материалов в начальный момент времени ток из полупроводника в металл будет превышать обратный ток из металла в полупроводник и в приповерхностных областях полупроводника и металла будут накапливаться объемные заряды - отрицательные в металле и положительные в полупроводнике. В области контакта возникнет электрическое поле, в результате чего произойдет изгиб энергетических зон. Вследствие эффекта поля термодинамическая работа выхода на поверхности полупроводника возрастет. Этот процесс будет проходить до тех пор, пока в области контакта не выравняются токи термоэлектронной эмиссии и соответственно значения термодинамических работ выхода на поверхности.На рисунке 2.4 показаны зонные диаграммы различных этапов формирования контакта металл - полупроводник. В условиях равновесия в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравнялись, вследствие эффекта поля возник потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамических работ выхода: φ_к = Ф_Ме - Ф_п/п.Для контакта металл - полупроводник p-типа выберем условие, чтобы термодинамическая работа выхода из полупроводника Ф_п/п была больше, чем термодинамическая работа выхода из металла Ф_Ме. В этом случае ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника j_п/п будет меньше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла согласно уравнению (2.29).При контакте таких материалов в начальный момент времени ток из металла в полупроводник p-типа будет превышать обратный ток из полупроводника в металла, и в приповерхностных областях полупроводника и металла будут накапливаться объемные заряды - положительные в металле и отрицательные в полупроводнике.

Рис. 2.4. Зонная диаграмма, иллюстрирующая образование барьера Шоттки