4.Р-п-перехід при зворотній напрузі.
Нехай джерело зовнішньої напруги підключене позитивним полюсом до областіп,а негативним - до областір(рис. 2.4 а).
Під дією такогозворотної напругичерез перехід протікає дуже невеликийзворотний струм, що пояснюється таким чином.
Поле, створюване зворотним напругою, складається із полем контактної різниці потенціалів. На рис. 2.4, а це показують однакові напрямки векторів.Результуюче поле посилюється, і висота потенційного бар'єра тепер дорівнює (рис. 2.4 б).
Вже за невеликого підвищення бар'єра дифузійне переміщення основних носіїв через перехід припиняється, т. е. , оскільки власні швидкості носіїв недостатні для подолання бар'єра. А струм провідності залишається майже незмінним, оскільки він визначається головним чином числом неосновних носіїв, що потрапляють нап - р-перехід зп-ір-областей . Виведення неосновних носіїв черезп -р-перехід прискорюючим електричним полем, створеним зворотною напругою, називаютьекстракцією носільців заряду(слово «екстракція» означає «висмикування, вилучення»).
Таким чином, зворотний струм є струмом провідності, викликаний переміщенням неосновних носіїв. Зворотний струм виходить дуже невеликим, так як неосновних носіїв мало і, крім того, опір замикаючого шару при зворотному напрузі дуже велике. Дійсно, при підвищенні зворотної напруги поле в місці переходу стає сильнішим і під дією цього поля більше основних носіїв «виштовхується» з прикордонних шарів вглибп-ір-областей. Тому зі збільшенням зворотної напруги збільшується не тільки висотапотенційного бар'єру, але і товщина замикаючого шару(do6p>d) .Цей шар ще сильніше збіднюється носіями, до його опір значно зростає, тобто.
Вже при порівняно невеликій зворотній напрузі зворотний струм стає практично постійним. Це тим, що кількість неосновних носіїв обмежена. З підвищенням температури концентрація їх зростає і зворотний струм збільшується, а зворотний опір зменшується.
Тема 3. Напівпровідникові діоди
Напівпровідниковий діод – це двоелектродний напівпровідниковий прилад з електричним переходом, що випрямляє. Як випрямляючий електричний переход застосовуютьр-п-перехід,гетероперехід або випрямляє контакт металу з напівпровідником.
1. Влаштування напівпровідникових діодів
Переважна більшість напівпровідникових діодів є структурою, що складається з областейп-типу ір-типу, що мають різну концентрацію домішки і розділених електронно-дірковим переходом. Область з високою концентрацією домішки (порядку 10 18 см -3 ) називаютьемітером,область з низькою концентрацією домішки (порядку 10 14 -10 16 см -3 ) називаютьбазою.
Існують різні методи створення електронно-діркових структур:
Метод вплавлення.При виготовленнір-п-структури методом вплавлення в кристал германію зі слабо вираженою електронною електропровідністю вплавляють таблетку індія, галію або бору. У процесі термічної обробки таблетка і прилеглий до неї шар германію розплавляються і германій розчиняється в розплавленій домішки. Після остигання на поверхні кристала утворюється тонкий шар германію з різко вираженоюдірковою провідністю. Електронно-дірковий перехід у цьому випадку виходить різким.
Дифузійний метод.При виготовленні діода дифузійним методом на поверхні кремнієвої пластини зі слабо вираженою електронною електропровідністю методом вакуумного напилення створюють шар алюмінію. У процесі термічної обробки атоми алюмінію дифундують углиб кристала, внаслідок чого утворюється шар із дірковою провідністю. Особливістю діодів, отриманих цим способом, є те, що концентрація введеної домішки зменшується з глибиною, тому р-п- перехід виходить плавним.
Метод епітаксійного нарощування.При виготовленні діодів методом епітаксійного нарощування на кремнієву пластину з певним типом електропровідності осаджують атоми кремнію з пари хлориду кремнію, що містить донорну або акцепторну домішку. Атоми, що осаджуються, повторюють кристалічну структуру кремнієвої пластини, в результаті чого утворюється монокристал, одна частина якого має електронну провідність, інша — дірочну.
Точковий метод.Існують також точкові діоди, у яких добре відшліфовану пластину германію або кремнію з електронною електропровідністю упирається металева голка. У процесі виробництва контакт голки з напівпровідником піддають електричному формуванню, яке полягає у пропусканні через контакт потужних імпульсів струму. При цьому відбувається місцеве розігрів контакту, і кінчик голки сплавляється з напівпровідником, що забезпечує стабільність та механічну міцність контакту. Крім того, в процесі формування частина матеріалу голки дифундує напівпровідник, утворюючи під точковим контактом напівсферичну область з дірковою електропровідністю.
Незалежно від способу виготовлення напівпровідникового діода концентрація домішки в базі завжди менша, ніж в емітері, тому електронно-дірковий перехід виявляється зрушеними в область бази, тобто несиметричним. Внаслідок низької концентрації домішки база має значний опір.Ширина бази в багатьох випадках виявляється меншою за дифузійну довжину дірок .
На рис. 3.1 показанар-п-структура, виготовлена за комбінованою технологією, що широко використовується при виробництві інтегральних схем.
На кремнієвій підкладціп+-типу вирощують епітаксійний шарп-типу. Потім поверхню вирощеного шару окислюють, внаслідок чого утворюється шар завтовшки близько 1 мкм, в якому створюють вікна і через них методом дифузії вводять акцепторну домішку, що змінює тип електропровідності вирощеного кристала. В результаті утворюється р + -шар з високою концентрацією домішки, відокремлений відп-області електронно-дірковим переходом. Потім здійснюють омічні контакти зп+-і р + -областями шляхом напилення алюмінію. У процесі виготовлення кремнієвої пластині створюється велика кількість однаковихр-п-структур. Таку пластину поділяють на окремі кристали, кожен з яких монтують у герметичному металевому, пластмасовому або скляному корпусі, що захищає кристал від впливу навколишнього середовища, а базу та емітер через омічні контакти з'єднують із зовнішніми висновками.