انتقال های الکتریکی

انتقال الکتریکیدر یک نیمه هادی، لایه مرزی بین دو ناحیه که ویژگی های فیزیکی آن دارای تفاوت های فیزیکی قابل توجهی است نامیده می شود.

انواع زیر از انتقال الکتریکی متمایز می شود:

§ الکترون حفره، یا اتصال p-n- انتقال بین دو ناحیه از یک نیمه هادی با انواع مختلف هدایت الکتریکی.

§ بین دو ناحیه انتقال می یابد، اگر یکی از آنها فلز و دیگری نیمه هادی باشد پ-یا n-نوع ( انتقال فلز-نیمه هادی);

§ انتقال بین دو ناحیه با یک نوع هدایت الکتریکی، که در غلظت ناخالصی متفاوت است.

§ انتقال بین دو ماده نیمه هادی با شکاف نواری متفاوت ( پیوندهای ناهمگون).

عملکرد تعدادی از دستگاه های نیمه هادی (دیودها، ترانزیستورها، تریستورها و غیره) بر اساس پدیده هایی است که در تماس بین نیمه هادی ها با انواع مختلف رسانایی به وجود می آیند.

مرز بین دو ناحیه از یک تک بلور نیمه هادی که یکی از آنها دارای رسانایی الکتریکی از نوع پ، و دیگری مانند است nانتقال الکترون به حفره نامیده می شود. غلظت حامل های بار اصلی در مناطق پو nممکن است برابر یا به طور قابل توجهی متفاوت باشد. P–nانتقالی که در آن غلظت حفره ها و الکترون ها تقریباً برابر با N p N n باشد را متقارن می گویند. اگر غلظت حامل های بار اصلی متفاوت باشد (N p >> N n یا N p<< N n) и отличаются в 100…1000 раз, то такие переходы называют نامتقارن.

نامتقارن p–n- انتقال ها بیشتر از متقارن استفاده می شوند، بنابراین در آینده فقط آنها را در نظر خواهیم گرفت.

اجازه دهید یک کریستال نیمه هادی را در نظر بگیریم (شکل 1.12)، که در آن، از یک طرف، یک ناخالصی پذیرنده وارد شده است که باعث ظاهر شدن

نوع هدایت الکتریکی پو از طرف دیگر یک ناخالصی اهداکننده وارد شد که به دلیل آن رسانایی الکتریکی از نوع در آنجا ظاهر شد. n. هر حامل بار مثبت موبایل در منطقه پ(سوراخ) مربوط به یک یون با بار منفی از ناخالصی پذیرنده، اما بی حرکت است که در یک گره از شبکه کریستالی و در منطقه قرار دارد. nهر الکترون آزاد مربوط به یک یون با بار مثبت ناخالصی دهنده است که در نتیجه کل تک بلور از نظر الکتریکی خنثی می ماند.

حامل های آزاد بارهای الکتریکی، تحت تأثیر گرادیان غلظت، شروع به حرکت از مکان هایی با غلظت بالا به مکان هایی با غلظت کمتر می کنند. بنابراین، سوراخ ها از منطقه پخش می شوند پبه منطقه nو برعکس، الکترون ها از منطقه هستند nبه منطقه پ. این حرکت بارهای الکتریکی که به سمت یکدیگر هدایت می شوند، جریان انتشار را تشکیل می دهند p–n-انتقال اما به محض اینکه سوراخ از منطقه خارج شد پوارد منطقه خواهد شد n، خود را در محاصره الکترون ها می بیند که حامل های اصلی بارهای الکتریکی در منطقه هستند. n. بنابراین، احتمال زیادی وجود دارد که یک الکترون یک سطح آزاد را پر کند و یک پدیده نوترکیبی رخ دهد که در نتیجه نه حفره ای وجود دارد و نه الکترونی، بلکه یک اتم نیمه هادی خنثی الکتریکی باقی می ماند. اما اگر قبلا بار الکتریکی مثبت هر سوراخ با بار منفی یون ناخالصی پذیرنده در منطقه جبران می شد. پو بار الکترون بار مثبت یون ناخالصی دهنده در منطقه است n، سپس پس از ترکیب مجدد یک حفره و یک الکترون، بارهای الکتریکی یون های ناخالصی غیر متحرکی که این حفره و الکترون را ایجاد کردند، جبران نشده باقی ماندند. و اول از همه، بارهای جبران نشده یون های ناخالصی خود را در نزدیکی رابط ظاهر می کنند (شکل 1.13)، جایی که لایه ای از بارهای فضایی تشکیل می شود که با یک شکاف باریک از هم جدا شده اند. بین این بارها یک میدان الکتریکی با شدت ایجاد می شود Eکه میدان مانع پتانسیل نامیده می شود و اختلاف پتانسیل در فصل مشترک بین دو ناحیه تعیین کننده این میدان را اختلاف پتانسیل تماس می گویند.
این میدان الکتریکی شروع به عمل بر روی حامل های متحرک بارهای الکتریکی می کند. بنابراین، سوراخ هایی در این منطقه وجود دارد پ- حامل های اصلی با ورود به منطقه عمل این میدان، اثر بازدارنده، دافعه ای از آن تجربه می کنند و با حرکت در خطوط نیروی این میدان، به عمق منطقه رانده می شوند. پ. به طور مشابه، الکترون ها از منطقه n، با قرار گرفتن در منطقه عمل میدان مانع بالقوه، توسط آن به عمق منطقه رانده می شود. n. بنابراین، در یک منطقه باریک که میدان مانع پتانسیل عمل می کند، لایه ای تشکیل می شود که در آن عملاً حامل بار الکتریکی آزاد وجود ندارد و در نتیجه مقاومت بالایی دارد. این لایه به اصطلاح مانع است.

اگر در منطقه پاگر یک الکترون آزاد که یک حامل اقلیت برای این ناحیه است، به نحوی در نزدیکی سطح مشترک قرار گیرد، آنگاه یک اثر شتاب دهنده از میدان الکتریکی سد پتانسیل را تجربه می کند که در نتیجه این الکترون در سراسر سطح مشترک پرتاب می شود. به منطقه n، جایی که حامل اصلی خواهد بود. به طور مشابه، اگر در منطقه nاگر یک حامل اقلیت، یک سوراخ، ظاهر شود، آنگاه تحت تأثیر میدان مانع بالقوه به منطقه پرتاب می شود. پ، جایی که قبلاً حامل اصلی خواهد بود. حرکت رسانه های اقلیت از طریق p–n- انتقال تحت تأثیر میدان الکتریکی مانع پتانسیل مؤلفه جریان رانش را تعیین می کند.

در غیاب میدان الکتریکی خارجی، یک تعادل دینامیکی بین جریان‌های حامل اکثریت و اقلیت بارهای الکتریکی برقرار می‌شود. یعنی بین اجزای انتشار و رانش جریان p–n- انتقال، زیرا این اجزا به سمت یکدیگر هدایت می شوند.

نمودار پتانسیل p–n- انتقال در شکل نشان داده شده است. 1.13، و پتانسیل در فصل مشترک بین مناطق به عنوان پتانسیل صفر در نظر گرفته می شود. اختلاف پتانسیل تماس یک مانع پتانسیل با ارتفاع در سطح مشترک ایجاد می کند. نمودار یک مانع بالقوه برای الکترون‌هایی را نشان می‌دهد که به دلیل انتشار (از ناحیه) از راست به چپ حرکت می‌کنند. nبه منطقه پ). اگر پتانسیل مثبت را به سمت بالا حرکت دهیم، می‌توانیم تصویری از مانع بالقوه سوراخ‌هایی که از چپ به راست منتشر می‌شوند (از ناحیه) به دست آوریم. پبه منطقه n).

در غیاب میدان الکتریکی خارجی و در شرایط تعادل دینامیکی، یک سطح فرمی واحد در هر دو ناحیه رسانایی در کریستال نیمه‌رسانا برقرار می‌شود.

با این حال، از آنجایی که در نیمه هادی ها پسطح فرمی نوع

به سمت بالای نوار ظرفیت و در نیمه هادی ها جابه جا می شود n-نوع -

به پایین نوار هدایت، سپس در عرض p–n- انتقال، نمودار باند انرژی (شکل 1.14) خم شده و یک مانع پتانسیل تشکیل می شود:

سد انرژی که باید توسط الکترون در منطقه برطرف شود کجاست nتا بتواند به منطقه برود پ، یا به طور مشابه برای یک سوراخ در منطقه پبنابراین او می تواند به منطقه نقل مکان کند n .

ارتفاع مانع بالقوه به غلظت ناخالصی ها بستگی دارد، زیرا زمانی که تغییر می کند، سطح فرمی تغییر می کند و از وسط شکاف نواری به مرز بالا یا پایین آن تغییر می کند.

1.7.2. ویژگی دروازه اتصال p–n

P–n- اتصال دارای خاصیت تغییر مقاومت الکتریکی بسته به جهت جریان عبوری از آن است. این خاصیت نامیده می شود شیر فلکهو دستگاهی با این خاصیت نامیده می شود شیر برقی.

در نظر بگیریم p–n- اتصالی که یک منبع ولتاژ خارجی Uin با قطبی که در شکل نشان داده شده است به آن متصل است. 1.15، "+" به منطقه پ-تایپ، "-" به منطقه n-نوع این ارتباط نامیده می شود اتصال مستقیم p–n-انتقال (یا بایاس مستقیم اتصال p-n). سپس قدرت میدان الکتریکی منبع خارجی E Vn به سمت قدرت میدان مانع پتانسیل هدایت می شود Eو بنابراین منجر به کاهش تنش حاصله خواهد شد Eپاسخ:

E cut = E - E in , (1.14).

این به نوبه خود منجر به کاهش ارتفاع مانع پتانسیل و افزایش تعداد حامل های اکثریتی می شود که در سطح مشترک به منطقه مجاور منتشر می شوند که به اصطلاح جریان رو به جلو را تشکیل می دهند. p–n-انتقال در این حالت، به دلیل کاهش اثر بازدارنده، دافعه میدان مانع بالقوه بر روی حامل های اصلی، عرض لایه مسدود کننده کاهش می یابد.< ) и, соответственно, уменьшается его сопротивление.

با افزایش ولتاژ خارجی، جریان رو به جلو p–n- انتقال افزایش می یابد. پس از عبور از رابط، حامل های اکثریت به حامل های اقلیت در ناحیه مخالف نیمه هادی تبدیل می شوند و با رفتن به عمق آن، با حامل های اکثریت این منطقه دوباره ترکیب می شوند. اما تا زمانی که یک منبع خارجی متصل است، جریان عبوری از محل اتصال توسط جریان پیوسته الکترون ها از مدار خارجی به داخل حفظ می شود. n-منطقه و خروج آنها از پ-مناطق به مدار خارجی، که به دلیل تمرکز حفره ها در پ-مناطق

معرفی حامل های شارژ از طریق p–nانتقال زمانی که ارتفاع مانع پتانسیل به ناحیه نیمه هادی کاهش می یابد، جایی که این حامل ها در اقلیت هستند، نامیده می شود. تزریق حامل شارژ.

هنگامی که جریان مستقیم از ناحیه سوراخ جریان می یابد آربه منطقه الکترونیکی nسوراخ ها تزریق می شوند و الکترون ها از ناحیه الکترون به ناحیه حفره تزریق می شوند.

لایه تزریقی با مقاومت نسبتاً کم نامیده می شود ساطع کننده; لایه ای که تزریق حامل های بار اقلیت در آن انجام می شود - پایه.

در شکل شکل 1.16 نمودار باند انرژی مربوط به بایاس رو به جلو را نشان می دهد p–n-انتقال

اگر به р-n- یک منبع خارجی با قطب مخالف "–" را به محل اتصال وصل کنید پ"+" را در منطقه تایپ کنید n-type (شکل 1.17)، سپس چنین اتصالی نامیده می شود سوئیچینگ معکوس اتصال p-n(یا بایاس معکوس اتصال p-n).

در این حالت، شدت میدان الکتریکی این منبع E vn در همان جهتی که شدت میدان الکتریکی هدایت می شود Eمانع بالقوه؛ ارتفاع مانع پتانسیل افزایش می یابد و جریان انتشار اکثر حامل ها عملاً برابر با صفر می شود. به دلیل افزایش ترمزگیری، اثر دافعه کل میدان الکتریکی روی حامل های بار اصلی، عرض لایه مسدود کننده افزایش می یابد (>) و مقاومت آن به شدت افزایش می یابد.

در حال حاضر از طریق р–nانتقال، به دلیل انتقال کل میدان الکتریکی در فصل مشترک حامل های اصلی که تحت تأثیر عوامل مختلف یونیزه کننده، عمدتا از طبیعت گرمایی، ایجاد می شود، جریان بسیار کمی جریان می یابد. فرآیند انتقال حامل های شارژ اقلیت نامیده می شود استخراج. این جریان ماهیت رانشی دارد و نامیده می شود جریان معکوس اتصال p-n.

در شکل شکل 1.18 نمودار باند انرژی مربوط به بایاس معکوس را نشان می دهد p–n- انتقال

نتیجه گیری:

1. P–n- انتقال در مرز شکل می گیرد پ- و n-مناطق ایجاد شده در یک کریستال نیمه هادی.

2. در نتیجه انتشار به p–n- انتقال، یک میدان الکتریکی بوجود می آید - یک مانع بالقوه که از برابر شدن غلظت حامل های بار اصلی در مناطق همسایه جلوگیری می کند.

3. در صورت عدم وجود ولتاژ خارجی U vn v p–n- گذار، تعادل دینامیکی برقرار می شود: شدت جریان انتشار با جریان دریفت تشکیل شده توسط حامل های بار اقلیتی برابر می شود و در نتیجه جریانی از آن عبور می کند. p–n- انتقال صفر می شود.

4. با سوگیری رو به جلو p–nانتقال، مانع پتانسیل کاهش می یابد و یک جریان انتشار نسبتاً بزرگ از طریق اتصال جریان می یابد.

5. هنگامی که معکوس بایاس p–nانتقال، مانع پتانسیل افزایش می یابد، جریان انتشار به صفر کاهش می یابد، و یک جریان رانش کوچک از طریق اتصال جریان می یابد. این نشان می دهد که p–n- اتصال دارای رسانایی یک طرفه است. این ویژگی به طور گسترده ای برای اصلاح جریان های متناوب استفاده می شود.

6. عرض p–nانتقال بستگی به غلظت ناخالصی در آن دارد پ- و n-مناطق، بر روی علامت و بزرگی ولتاژ خارجی اعمال شده Uداخلی با افزایش غلظت ناخالصی ها، عرض p–nانتقال کاهش می یابد و بالعکس. با افزایش ولتاژ رو به جلو عرض p–n- انتقال کاهش می یابد. با افزایش ولتاژ معکوس، عرض p–n- انتقال افزایش می یابد.

1.7.3. مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n

ویژگی های ولت آمپر p–n-انتقال وابستگی جریان عبوری است p–n- انتقال از مقدار ولتاژ اعمال شده به آن. بر اساس این فرض محاسبه می شود که هیچ میدان الکتریکی در خارج از لایه تخلیه وجود ندارد، یعنی. تمام ولتاژ اعمال می شود p–n- انتقال کل جریان عبوری p–n- انتقال با مجموع چهار جمله تعیین می شود:

جریان رانش الکترون کجاست.

جریان رانش سوراخ؛

جریان انتشار الکترون؛

جریان انتشار سوراخ؛ غلظت الکترون های تزریق شده به آر- منطقه؛

غلظت سوراخ های تزریق شده به n- منطقه

در همان زمان، غلظت حامل های اقلیت n p0و p n0به غلظت ناخالصی ها بستگی دارد Npو Nnبه روش زیر:

جایی که n من, p iبه ترتیب غلظت ذاتی حامل های بار (بدون مواد افزودنی) الکترون ها و حفره ها هستند.

نرخ انتشار حامل υ n، p تفاوتمی توان به آنها اجازه داد تا نزدیک به سرعت خود رانده شوند υ n، p drدر یک میدان الکتریکی ضعیف با انحرافات کوچک از شرایط تعادل. در این حالت، برابری های زیر برای شرایط تعادل برآورده می شود:

υ p تفاوت = υ p dr = υ p، υ n تفاوت = υ n dr = vn.

سپس عبارت (1.15) را می توان به صورت زیر نوشت:

, (1.16).

جریان معکوس را می توان به صورت زیر بیان کرد:

جایی که Dn,p- ضریب انتشار حفره ها یا الکترون ها؛

Ln,p- طول انتشار حفره ها یا الکترون ها. از آنجایی که پارامترها Dn,p , p n0 , n p0 , لوگاریتم , پ = به دما بستگی دارد، سپس جریان معکوس بیشتر خوانده می شود جریان حرارتی.

با ولتاژ مستقیم از منبع خارجی ( U vn> 0) عبارت نمایی در بیان (1.16) به سرعت افزایش می یابد، که منجر به افزایش سریع جریان رو به جلو می شود، که، همانطور که قبلا ذکر شد، عمدتا توسط مولفه انتشار تعیین می شود.

با ولتاژ معکوس از منبع خارجی

() عبارت نمایی بسیار کمتر از واحد و جریان است р–nانتقال تقریباً برابر با جریان معکوس است که عمدتاً توسط مؤلفه رانش تعیین می شود. شکل این وابستگی در شکل نشان داده شده است. 1.19. ربع اول مربوط به بخش انشعاب جلو مشخصه ولتاژ جریان و ربع سوم مربوط به شاخه معکوس است. با افزایش ولتاژ رو به جلو، جریان р–nانتقال در جهت رو به جلو در ابتدا نسبتاً آهسته افزایش می یابد و سپس بخشی از افزایش سریع جریان رو به جلو شروع می شود که منجر به گرمایش اضافی ساختار نیمه هادی می شود. اگر مقدار گرمای تولید شده در این حالت از مقدار گرمای خارج شده از کریستال نیمه هادی بیشتر باشد یا به طور طبیعی یا با کمک

دستگاه های خنک کننده ویژه، سپس تغییرات غیرقابل برگشتی می تواند در ساختار نیمه هادی تا از بین رفتن شبکه کریستالی رخ دهد. بنابراین جریان مستقیم р–n- انتقال باید به سطح ایمن محدود شود که از گرم شدن بیش از حد ساختار نیمه هادی جلوگیری کند. برای انجام این کار، لازم است از یک مقاومت محدود کننده متصل به صورت سری استفاده کنید p–n-انتقال

با افزایش ولتاژ معکوس اعمال شده به р–n- انتقال، جریان معکوس کمی تغییر می کند، زیرا مولفه رانش جریان، که در هنگام سوئیچ معکوس رایج است، عمدتاً به دمای کریستال بستگی دارد و افزایش ولتاژ معکوس تنها منجر به افزایش سرعت رانش می شود. حامل های اقلیت بدون تغییر شماره آنها. این وضعیت تا زمانی که مقدار ولتاژ معکوس که در آن افزایش شدید جریان معکوس شروع می شود حفظ می شود - به اصطلاح خرابی اتصال p-n.

1.7.4. انواع خرابی اتصالات p-n

خرابی های برگشت پذیر و غیر قابل برگشت امکان پذیر است. خرابی برگشت پذیر خرابی پس از آن است p–n- انتقال همچنان عملیاتی است. خرابی برگشت ناپذیر منجر به تخریب ساختار نیمه هادی می شود.

چهار نوع خرابی وجود دارد: بهمنی، تونلی، حرارتی و سطحی. خرابی بهمن و تونل تحت نام - خرابی الکتریکی، که قابل برگشت است. برگشت ناپذیر شامل حرارتی و سطحی است.

شکست بهمنمشخصه نیمه هادی ها با ضخامت قابل توجه р–n- اتصالی که توسط نیمه هادی های کم دوپ شده تشکیل شده است. در این حالت، عرض لایه تخلیه بسیار بیشتر از طول انتشار حامل ها است. خرابی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی قوی با ولتاژ رخ می دهد E(8…12) ، .در یک فروپاشی بهمن نقش اصلی متعلق به حامل های اقلیت است که تحت تأثیر گرما در р–n-انتقال

این حامل ها توسط یک میدان الکتریکی آزمایش می شوند р–nانتقال اثر شتاب دهنده ای دارد و به سرعت در امتداد خطوط نیروی این میدان شروع به حرکت می کند. در یک مقدار شدت معین، حامل های بار اقلیت در مسیر آزاد متوسط ​​l (شکل 1.20) می توانند به چنان سرعتی شتاب دهند که انرژی جنبشی آنها ممکن است برای یونیزه کردن آن در طول برخورد بعدی با اتم نیمه هادی کافی باشد، یعنی. یکی از الکترون های ظرفیت خود را "بکوب" کنید و آن را به نوار رسانایی پرتاب کنید و در نتیجه یک جفت الکترون-حفره تشکیل دهید. حامل های حاصل در میدان الکتریکی نیز شروع به شتاب گرفتن خواهند کرد، با اتم های خنثی دیگر برخورد می کنند و بنابراین این فرآیند مانند بهمن افزایش می یابد. در این حالت، افزایش شدید جریان معکوس با یک ولتاژ معکوس عملاً ثابت رخ می دهد.

پارامتری که شکست بهمن را مشخص می کند ضریب ضرب بهمن M است که به عنوان تعداد رویدادهای ضرب بهمن در ناحیه یک میدان الکتریکی قوی تعریف می شود. مقدار جریان معکوس پس از ضرب بهمن برابر با:

جریان اولیه کجاست U- ولتاژ اعمال شده؛ U p - ولتاژ شکست بهمن؛ n– ضریب برابر 3 برای Ge، 5 برای Si.

خرابی تونلدر بسیار نازک رخ می دهد р–n- انتقال، که در غلظت های بسیار بالای ناخالصی امکان پذیر است ن 10 19 سانتی متر -3 هنگامی که عرض انتقال کوچک می شود (حدود 0.01 میکرومتر) و در مقادیر کوچک ولتاژ معکوس (چند ولت)، هنگامی که یک گرادیان میدان الکتریکی بزرگ رخ می دهد. قدرت میدان الکتریکی بالا که بر روی اتم‌های شبکه کریستالی اثر می‌کند، انرژی الکترون‌های ظرفیت را افزایش می‌دهد و منجر به "نشت" تونلی آنها از طریق سد انرژی "نازک" (شکل 1.21) از نوار ظرفیت می‌شود. پ-مناطق در باند هدایت n-مناطق علاوه بر این، "نشت" بدون تغییر انرژی حامل های بار رخ می دهد. خرابی تونل نیز با افزایش شدید جریان معکوس با ولتاژ معکوس تقریبا ثابت مشخص می شود.

اگر جریان معکوس برای هر دو نوع خرابی الکتریکی از حداکثر مقدار مجاز تجاوز نکند

حرارت دادن و تخریب ساختار کریستالی نیمه هادی، برگشت پذیر هستند و می توانند بارها بازتولید شوند.

تپلوفشکست نامیده می شود р–n-انتقال ناشی از افزایش تعداد حامل های بار با افزایش دمای کریستال است. با افزایش ولتاژ و جریان معکوس، توان حرارتی آزاد شده در р–nانتقال، و بر این اساس، دمای ساختار کریستالی. تحت تأثیر گرما، ارتعاشات اتم های کریستال تشدید می شود و پیوند الکترون های ظرفیت با آنها ضعیف می شود و احتمال انتقال آنها به نوار رسانایی و تشکیل جفت های حامل الکترون-حفره اضافی را افزایش می دهد. اگر برق برق باشد р–n- انتقال از حداکثر مقدار مجاز فراتر می رود، سپس فرآیند تولید حرارتی مانند بهمن افزایش می یابد، بازسازی غیرقابل برگشت ساختار در کریستال رخ می دهد و р-n- انتقال از بین رفته است.

برای جلوگیری از شکست حرارتی، شرایط زیر باید رعایت شود:

حداکثر اتلاف توان مجاز کجاست р-n-انتقال

شکست سطحی. توزیع قدرت میدان الکتریکی در р–nانتقال می تواند بارهای موجود در سطح نیمه هادی را به طور قابل توجهی تغییر دهد. بار سطحی می تواند منجر به افزایش یا کاهش ضخامت اتصال شود، در نتیجه شکست می تواند در سطح اتصال با قدرت میدانی کمتر از میزان لازم برای ایجاد شکست در ضخامت نیمه هادی رخ دهد. این پدیده نامیده می شود شکست سطحی. نقش عمده ای در وقوع شکست سطحی توسط خواص دی الکتریک محیط اطراف سطح نیمه هادی ایفا می شود. برای کاهش احتمال شکستگی سطح، از پوشش های محافظ ویژه با ثابت دی الکتریک بالا استفاده می شود.

1.7.5. ظرفیت р–n-انتقال

تغییر ولتاژ خارجی توسط p–nانتقال منجر به تغییر در عرض لایه تخلیه و بر این اساس بار الکتریکی انباشته شده در آن می شود (این نیز به دلیل تغییر در غلظت حامل های بار تزریق شده در نزدیکی انتقال است). بر این اساس p–n- پیوند مانند یک خازن رفتار می کند که ظرفیت آن به عنوان نسبت تغییر در انباشته شده تعریف می شود. p–n- انتقال بار به ولتاژ خارجی اعمال شده که باعث این تغییر شده است.

تمیز دادن مانع(یا شارژر) و انتشارظرفیت р-n-انتقال

ظرفیت مانع مربوط به اتصال معکوس است p–nاتصال، که به عنوان یک خازن معمولی در نظر گرفته می شود، که در آن صفحات مرزهای لایه تخلیه هستند و خود لایه تخلیه به عنوان یک دی الکتریک ناقص با افزایش تلفات دی الکتریک عمل می کند:

ثابت دی الکتریک نسبی مواد نیمه هادی کجاست. – ثابت الکتریکی ()؛ S – ناحیه p–n-انتقال - عرض لایه تخلیه شده

ظرفیت مانع با افزایش مساحت افزایش می یابد p–n- انتقال و ثابت دی الکتریک نیمه هادی و کاهش عرض لایه تخلیه شده. بسته به منطقه انتقال، نوار C می تواند از چند تا صدها پیکوفاراد باشد.

یکی از ویژگی های خازن مانع این است که یک خازن غیر خطی است. با افزایش ولتاژ معکوس، عرض اتصال افزایش می یابد و ظرفیت خازن نیز افزایش می یابد. از نوارکاهش می دهد. ماهیت اعتیاد نوار C = f (U arr)نمودار را در شکل نشان می دهد. 1.22. ظاهراً تحت تأثیر نمونه های Uظرفیت از نوارچندین بار تغییر می کند

ظرفیت انتشار، تجمع حامل های شارژ سیار را در داخل مشخص می کند n- و پ-مناطق با ولتاژ رو به جلو در محل اتصال. عملاً فقط در ولتاژ مستقیم وجود دارد، زمانی که حامل های بار در مقادیر زیادی از طریق یک مانع پتانسیل کاهش یافته منتشر می شوند (تزریق می شوند) و بدون اینکه زمان لازم برای ترکیب مجدد داشته باشند، در آن انباشته می شوند. n- و پ-مناطق هر مقدار ولتاژ مستقیم مربوط به مقادیر معینی از دو بار مخالف است + دیفرانسیل کیوو -Q تفاوت، انباشته شده در n- و پ-مناطق به دلیل انتشار حامل ها از طریق انتقال. ظرفیت با دیفرانسیلنسبت بارها به اختلاف پتانسیل را نشان می دهد:

با افزایش U prجریان رو به جلو سریعتر از ولتاژ افزایش می یابد، زیرا بنابراین مشخصه جریان-ولتاژ برای جریان رو به جلو شکل غیر خطی دارد Q تفاوترشد سریعتر از U prو با دیفرانسیلافزایش.

ظرفیت انتشار بسیار بزرگتر از ظرفیت مانع است، اما نمی توان از آن استفاده کرد زیرا معلوم می شود که با مقاومت رو به جلو کم شنت شده است p–n-انتقال تخمین های عددی ظرفیت انتشار نشان می دهد که مقدار آن به چندین واحد میکروفاراد می رسد.

بدین ترتیب، р–n- اتصال را می توان به عنوان یک خازن متغیر استفاده کرد،

توسط بزرگی و علامت ولتاژ اعمال شده کنترل می شود.

1.7.6. تماس فلزی نیمه هادی

در دستگاه های نیمه هادی مدرن، علاوه بر تماس با p–nانتقال از کنتاکت های فلزی نیمه هادی استفاده می کند.

تماس فلز و نیمه هادی در نقطه تماس کریستال نیمه هادی اتفاق می افتد n- یا آر-نوع رسانایی با فلزات فرآیندهایی که در این مورد اتفاق می‌افتند با نسبت توابع کار الکترون از فلز و از نیمه‌رسانا تعیین می‌شوند. زیر تابع کار الکترونانرژی لازم برای انتقال یک الکترون از سطح فرمی به سطح انرژی یک الکترون آزاد را درک کنید. هرچه تابع کار کمتر باشد، الکترون های بیشتری می توانند از یک جسم معین فرار کنند.

در نتیجه انتشار الکترون و توزیع مجدد بار، خنثی الکتریکی نواحی مجاور سطح مشترک مختل می شود و میدان الکتریکی تماس و اختلاف پتانسیل تماس ایجاد می شود:

. (1.21)

لایه انتقالی که در آن یک میدان الکتریکی تماسی در تماس فلز-نیمه هادی وجود دارد نامیده می شود انتقال شاتکی، به نام دانشمند آلمانی W. Schottky، که اولین کسی بود که روابط ریاضی پایه را برای ویژگی های الکتریکی چنین انتقالی به دست آورد، نامگذاری شده است.

میدان الکتریکی تماس در محل اتصال شاتکی عملاً در نیمه هادی متمرکز است، زیرا غلظت حامل های بار در فلز بسیار بیشتر از غلظت حامل های بار در نیمه هادی است. توزیع مجدد الکترون ها در فلز در یک لایه بسیار نازک قابل مقایسه با فاصله بین اتمی رخ می دهد.

بسته به نوع هدایت الکتریکی نیمه هادی و نسبت عملکردهای کاری در کریستال، ممکن است یک لایه تخلیه شده، معکوس یا غنی شده با حامل های الکتریکی ظاهر شود.

1. < , полупроводник n-type (شکل 1.23، a). در این حالت، الکترون خروجی از فلز غالب خواهد بود ( م) در یک نیمه هادی، بنابراین، اکثر حامل ها (الکترون ها) در لایه نیمه هادی نزدیک رابط جمع می شوند و این لایه غنی می شود، یعنی. افزایش غلظت الکترون مقاومت این لایه برای هر قطبیت ولتاژ اعمال شده کم خواهد بود و بنابراین، چنین اتصالی خاصیت یکسو کننده ندارد. متفاوت نامیده می شود انتقال غیر اصلاحی

2. < , полупроводник پ-type (شکل 1.23، b). در این حالت، فرار الکترون‌ها از نیمه‌رسانا به فلز غالب خواهد بود، در حالی که ناحیه‌ای غنی‌شده با اکثر حامل‌های بار (سوراخ‌ها) و دارای مقاومت کم نیز در لایه مرزی تشکیل می‌شود. این انتقال نیز خاصیت اصلاحی ندارد.

3.، نیمه هادی نوع n (شکل 1.24، الف). در چنین شرایطی، الکترون ها عمدتاً از نیمه هادی به فلز حرکت می کنند و در لایه مرزی نیمه هادی ناحیه ای تشکیل می شود که از حامل های اصلی خالی شده و مقاومت بالایی دارد. در اینجا یک مانع پتانسیل نسبتاً بالا ایجاد می شود که ارتفاع آن به طور قابل توجهی به قطبیت ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. اگر، پس تشکیل یک لایه معکوس امکان پذیر است ( پ-نوع). این مخاطب دارای خاصیت اصلاح کننده است.

4. نیمه هادی پ-type (شکل 1.24، ب). تماسی که در چنین شرایطی تشکیل می شود، مانند مورد قبلی دارای خاصیت اصلاح کننده است.

یکی از ویژگی های متمایز تماس فلز-نیمه هادی این است که برخلاف معمولی p–n-انتقال در اینجا ارتفاع سد پتانسیل برای الکترون ها و حفره ها متفاوت است. در نتیجه، چنین تماس هایی می توانند تحت شرایط خاصی غیر تزریقی باشند، به عنوان مثال. هنگامی که جریان مستقیم از طریق تماس عبور می کند، حامل های اقلیت به ناحیه نیمه هادی تزریق نمی شوند، که برای دستگاه های نیمه هادی با فرکانس بالا و پالس بسیار مهم است.

برای ایجاد دستگاه های نیمه هادی مختلف مورد استفاده در دستگاه های الکترونیکی، از ساختارهای کریستالی متشکل از مناطق متناوب نیمه هادی ها استفاده می شود. پ- و آر-نوع بسته به نوع دستگاه نیمه هادی، تعداد مناطق با انواع رسانایی می تواند دو یا بیشتر باشد. اساس هر وسیله نیمه هادی اتصالات الکترون به حفره است.

انتقال الکترون به حفره(یا به طور خلاصه اتصال p-n) لایه نازکی بین دو ناحیه از یک کریستال نیمه هادی نامیده می شود که یکی از آنها دارای رسانایی الکتریکی و دیگری سوراخ است..

فرآیند تکنولوژیکی برای ایجاد یک انتقال الکترون به حفره می تواند متفاوت باشد: همجوشی، انتشار یک ماده به ماده دیگر، اپیتاکسی (رشد یک کریستال روی سطح کریستال دیگر)، و غیره. با طراحی، انتقال الکترون به حفره می تواند باشد. متقارن (ص ص = r r) و نامتقارن (p p >> p pیا ص ص << r r، در حالی که غلظت حامل های اصلی 100-1000 بار متفاوت است، تیز و صاف، مسطح و نقطه ای و غیره. با این حال، برای همه انواع انتقال ویژگی اصلی هدایت الکتریکی نامتقارن است که در آن کریستال جریان را در یک جهت عبور می دهد. اما در دیگری نمی گذرد.

ساختار یک کریستال نیمه هادی با اتصال الکترون به حفره در شکل 1.5 نشان داده شده است. . یک قسمت از این کریستال با ناخالصی اهداکننده دوپ شده (غنی شده) و دارای رسانایی الکترونیکی است. پ-منطقه). قسمت دیگر با ناخالصی پذیرنده دوپ شده و دارای رسانایی سوراخ است ( آر-منطقه). علاوه بر حامل های اکثریت، در هر دو قسمت کریستال غلظت کمی از حامل های اقلیت وجود دارد (به ترتیب، سوراخ هایی در پ-منطقه و الکترون ها در آر-مناطق).

بلافاصله پس از خلقت آر-پانتقال در غیاب میدان الکتریکی خارجی، الکترون ها از پ-مناطق تمایل به نفوذ به آر-منطقه ای که غلظت الکترون در آن بسیار کمتر است. به همین ترتیب، سوراخ هایی از آر-مناطق به پ-منطقه در نتیجه حرکت متقابل بارهای مخالف، به اصطلاح انتشارجاری آر-پ-انتقال الکترون های منتقل شده به آر-منطقه با حفره ها دوباره ترکیب می شود و در نتیجه آر- مناطق نزدیک به رابط بین دو نوع نیمه هادی، یون های ثابت بار منفی ناخالصی پذیرنده ظاهر می شوند. به نوبه خود، خروج الکترون ها از پمنطقه منجر به ظاهر شدن در قسمت تماس می شود پ- مناطقی از یون های ثابت بار مثبت جبران نشده ناخالصی های دهنده.

شکل 1.5 - ساختار ساده شده r-p-انتقال

همزمان با حرکت الکترون ها، از آر-مناطق در پمنطقه، حرکت انتشار سوراخ ها مشاهده می شود. این فرآیند با ایجاد همان یون های ثابت مثبت و منفی در نزدیکی سطح مشترک بین دو نوع نیمه هادی همراه است. پ-مناطق و آر-مناطق

یک لایه دوگانه از بارهای الکتریکی ساکن (یون) در منطقه ایجاد می شود آر-پانتقال یک بار فضایی حجمی است که وجود آن منجر به ظهور میدان الکتریکی داخلی می شود (در شکل 1.5). بردار این میدان به گونه ای هدایت می شود که از حرکت انتشار بیشتر حامل های بار اصلی جلوگیری می کند. بنابراین پس از مدت کوتاهی r-p- در طول انتقال، تعادل دینامیکی برقرار می شود، می شود خنثی الکتریکی، و جریان از طریق r-p-انتقال - برابر با صفر.

اختلاف پتانسیل تشکیل شده توسط بارهای مرزی نامیده می شود اختلاف پتانسیل تماس y به(مانع بالقوه) که حاملان بدون "کمک خارجی" نمی توانند بر آن غلبه کنند. در همان زمان، که در آر-پ-در مرحله گذار، میدان مانع از حرکت حامل های اقلیت از طریق انتقال نمی شود، زیرا برای آنها شتاب خواهد بود. رسانه های جزئی ایجاد می کنند رانشجاری آر-پ-انتقال

توزیع چگالی بار فضایی r V آر-پ- انتقال در غیاب میدان الکتریکی خارجی در شکل 1.5 نشان داده شده است .

R-p- اتصال لایه ای از نیمه هادی با غلظت کم حامل های شارژ سیار ( لایه تخلیه). این لایه مقاومت الکتریکی را افزایش داده است. از آنجایی که غلظت حامل های بار اصلی در نواحی نیمه هادی متفاوت است، عرض لایه تخلیه در R-و پ-مناطق نیز متفاوت خواهند بود (در مناطقی که غلظت کمتری از حامل های اصلی دارند گسترده تر خواهد بود).

تماس با اختلاف پتانسیل y بهبر r-p-انتقال به غلظت ناخالصی ها در مناطق نیمه هادی بستگی دارد و با عبارت:

پتانسیل دما کجاست

n من- غلظت حامل های بار در یک نیمه هادی بدون دود.

k" 1.38 × 10 -23 J/K - ثابت بولتزمن.

تی- دمای مطلق، K؛

q» 1.6×10 -19 C - بار الکترون.

در دمای معمولی ( تی= 300 K) j تی» 26 میلی ولت. اختلاف پتانسیل تماس برای ژرمانیوم 0.2-0.3 V و برای سیلیکون - 0.6-0.7 V است.

ارتفاع مانع پتانسیل را می توان با اعمال یک ولتاژ خارجی به آن تغییر داد r-p-انتقال اگر ولتاژ خارجی ایجاد شود آر-پ- میدان گذار، که بردار قدرت آن در جهت با بردار قدرت میدان داخلی منطبق است (شکل 1.6، آ) سپس ارتفاع مانع پتانسیل افزایش می یابد با قطبیت معکوس ولتاژ اعمال شده، ارتفاع مانع پتانسیل کاهش می یابد (شکل 1.6. ب). اگر قطبیت میدان ایجاد شده توسط ولتاژ خارجی اعمال شده مخالف قطبیت میدان خود (داخلی) و ولتاژ خارجی برابر با اختلاف پتانسیل تماس باشد، سد پتانسیل به طور کامل ناپدید می شود.

شکل 1.6 - بایاس رو به جلو و معکوس r-p-انتقال

اگر ولتاژ اعمال شده مانع پتانسیل را کاهش دهد، نامیده می شود مستقیم، و اگر افزایش یابد، پس معکوس.

جریان معکوس ( من arr) در آر-پ- انتقال توسط حامل های اقلیت در یکی از مناطق ایجاد می شود، که با رانش در میدان الکتریکی ناحیه بار فضایی، به منطقه ای ختم می شوند که قبلاً حامل اکثریت هستند. از آنجایی که غلظت حامل های اکثریت به طور قابل توجهی از غلظت حامل های اقلیت فراتر می رود، ظهور مقدار کمی از حامل های اکثریت عملاً وضعیت تعادل نیمه هادی را تغییر نمی دهد. بنابراین، جریان معکوس تنها به تعداد حامل های اقلیت که در مرزهای منطقه بار فضایی ظاهر می شوند بستگی دارد. مقدار محدود کننده آن (ما نشان می دهیم آی تی) نامیده می شوند جریان اشباع معکوسیا جریان حرارتی .

ولتاژ اعمال شده خارجی، میزان حرکت این حامل ها از یک منطقه به منطقه دیگر را تعیین می کند، اما نه تعداد حامل هایی که از محل اتصال در واحد زمان عبور می کنند. بنابراین، جریان معکوس از طریق r-p-انتقال است جریان هدایتو به ارتفاع مانع پتانسیل بستگی ندارد، یعنی زمانی که ولتاژ معکوس در محل اتصال تغییر می کند، ثابت می ماند.

با تعصب رو به جلو p-p-انتقال ظاهر می شود انتشارجاری، ناشی از انتشار اکثر حامل های غلبه بر یک مانع بالقوه. گذشت r-pاتصال، این حامل ها وارد ناحیه نیمه هادی می شوند که برای آن حامل های اقلیت هستند. در این حالت، غلظت حامل های اقلیت می تواند به طور قابل توجهی در مقایسه با غلظت تعادل افزایش یابد. این پدیده نامیده می شود تزریقاتحامل ها

بنابراین، هنگامی که یک جریان مستقیم از طریق انتقال از ناحیه الکترونیکی به ناحیه حفره جریان می یابد، تزریق الکترون، و از ناحیه حفره تا ناحیه الکترون وجود خواهد داشت تزریق سوراخ.

ویژگی های دستگاه آر-پ- انتقال و فرآیندهای رخ داده در آن قبلاً مورد بحث قرار گرفت.

ناهمگونیلایه انتقالی با میدان الکتریکی انتشاری که در آن بین دو نیمه هادی با ترکیبات شیمیایی مختلف وجود دارد نامیده می شود. در این حالت، رسانایی دو نیمه هادی که یک اتصال ناهمگون را تشکیل می دهند می تواند متفاوت یا یکسان باشد. علاوه بر این، خود انتقال می تواند باشد صاف کردنیا اهمی.

اهمیاتصالی نامیده می شود که مقاومت الکتریکی آن به جهت جریان عبوری از آن بستگی ندارد.

شکل 1.10 ساختار دو نوع اتصال ناهمگون را نشان می دهد (شکل 1.10، آ, بو همچنین یک انتقال اهمی در تماس نیمه هادی ها با یک نوع هدایت الکتریکی (شکل 1.10، V).

a B C

شکل 1.10 - انواع انتقال الکتریکی در بلورهای نیمه هادی

شکل 1.11 ساختار دیودهای نیمه هادی را با یک اتصال الکتریکی یکسو کننده به شکل نشان می دهد. r-p-انتقال (شکل 1.11، آ) و روی تماس شاتکی (شکل 1.11، ب).

a ب

شکل 1.11 - ساختارهای دیودهای نیمه هادی بر اساس

r-p-انتقال ( آ) و انتقال شاتکی ( ب)

حرف ندر شکل 1.11 نشان داده شده است غیر اصلاح کننده(اهمی) انتقال، و حرف که در - صاف کردنانتقال های الکتریکی حرف ملایه فلزی نشان داده شده است.

عملکرد بیشتر دیودهای نیمه هادی بر اساس فرآیندهایی است که در آنها اتفاق می افتد r-p- اتصال، و در دیودهای واقعی، به عنوان یک قاعده، از آنها استفاده می شود نامتقارن r-p- انتقالات در چنین انتقال‌هایی، یکی از نواحی کریستال (منطقه‌ای با غلظت بیشتر حامل‌های اکثریت) دارای مقاومت بسیار کم است (به عنوان یک قاعده، این آرمنطقه)، و دیگری - با مقاومت بالا.

شکل 1.12 توزیع حامل های اصلی و مساحت را نشان می دهد r-p- اتصال در یک کریستال دیود نیمه هادی.

شکل 1.12 - توزیع حامل های بار در یک کریستال دیود نیمه هادی

نتیجه گیری از آر-مناطق دیود نامیده می شوند آند، و از پ-مناطق - کاتد. نام گرافیکی معمولی (UGO) یک دیود در حالت کلی به شکلی است که در شکل 1.13 نشان داده شده است.

شکل 1.13 - دیود UGO

اگر ترمینال مثبت یک منبع ولتاژ به آند دیود و ترمینال منفی به کاتد متصل شود، ولتاژ اعمال شده نامیده می شود. مستقیم، در غیر این صورت - معکوس. جریان از طریق دیود در هنگام بایاس به جلو r-p- انتقال تقریباً به طور کامل توسط جریان تعیین می شود حامل های اصلیمنطقه کم مقاومت به همین دلیل به او زنگ می زنند ساطع کنندهبا توجه به غلظت بیشتر حامل ها در ناحیه کم مقاومت، عرض r-p- انتقال کمتری در آن نسبت به مقاومت بالا وجود دارد. اگر تفاوت در غلظت حامل های اصلی زیاد باشد، پس r-pانتقال تقریباً به طور کامل در منطقه با مقاومت بالا قرار خواهد گرفت که به آن می گویند پایه ها

مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود نیمه هادی، در حالت کلی، با مشخصه جریان-ولتاژ تعیین می شود. r-p-انتقال شکل 1.14 مشخصه جریان-ولتاژ دیود را در مقایسه با مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود معمولی (که قبلاً تحلیل شد) نشان می دهد. r-p-انتقال تفاوت در ویژگی ها به این دلیل است که هنگام تجزیه و تحلیل خواص r-p- اتصال، ویژگی های ساختاری کریستال دیود، مقاومت لایه های نیمه هادی و عرض اتصال در نظر گرفته نشد.

شکل 1.14 - نمای کلی مشخصه جریان-ولتاژ دیود

اگر ولتاژ مستقیمی به دیود اعمال شود که از اختلاف پتانسیل تماس بیشتر باشد (به ویژه برای دیود ژرمانیوم yk = 0.2-0.3 V، برای دیود سیلیکون - yk = 0.6-0.7 V) ، دیود باز است و عبور می کند. جریان مستقیم (شاخه مستقیم مشخصه جریان-ولتاژ، شکل 1.14). در عین حال، مقاومت آن ناچیز است (ده ها تا صدها اهم) و افت ولتاژ در سراسر دیود یک دهم ولت است.

هنگام اعمال ولتاژ معکوس، مقدار مطلق کمتر است حداکثر مقداردیود بسته است و جریان معکوس ناچیزی از آن عبور می کند من ارور میکنم(شاخه معکوس مشخصه جریان-ولتاژ، شکل 1.14). اگر ولتاژ معکوس از مقدار بیشتر شود حداکثر مقدار، سپس خرابی رخ می دهد r-p- انتقال دیود (اول الکتریکی، و با افزایش بیشتر ولتاژ - حرارتی)، که در آن جریان معکوس به شدت افزایش می یابد. اگر خرابی حرارتی رخ دهد، دیود از کار می افتد ("سوختن").

بسته به روش ساخت آر-پ- انتقال ها متمایز می شوند نقطه, آلیاژ, جوش داده شدهو انتشاردیودها در دیودهای نقطه ای (شکل 1.15، آیک سوزن سخت و نوک تیز ساخته شده از آلیاژ تنگستن-مولیبدن بر روی سطح از پیش تمیز شده یک کریستال نیمه هادی هدایت الکترونیکی فشار داده می شود. پس از آب بندی دیود مونتاژ شده، پالس های الکتریکی با توان بالا از آن عبور می کنند. تحت تأثیر این پالس ها، ناحیه نزدیک به تماس نیمه هادی به شدت گرم می شود و یک لایه کوچک (از 5 تا 40 میکرومتر) مستقیماً زیر نوک سوزن تشکیل می شود. آر-منطقه

شکل 1.15 - روش های به دست آوردن r-p-انتقال

در دیودهای آلیاژی و جوش داده شده (شکل 1.15، ب, V) آر-پ- انتقال با استفاده از یک سیم نازک حاوی اتم های ناخالصی پذیرنده، زمانی که با یک کریستال نیمه هادی ذوب یا جوش داده می شود، به دست می آید. پ-نوع

دیودهای انتشار از روش انتشار ناخالصی های دهنده یا گیرنده به یک کریستال نیمه هادی با رسانایی الکتریکی مخالف استفاده می کنند. انتشار اتم ها نوع رسانایی الکتریکی بخش کوچکی از کریستال را تغییر می دهد که باعث ایجاد آن می شود آر-پ-انتقال برای به دست آوردن یک ظرفیت کوچک در قالب دیودهای مورد نظر، پس از انتشار، اچ کردن لایه های سطحی نیمه هادی انجام می شود، پس از آن آر-پ- انتقال در یک منطقه بسیار کوچک حفظ می شود، که به نظر می رسد یک جدول بالاتر از بقیه کریستال است (شکل 1.15، جی).

این ساختار نیمه هادی نامیده می شود ساختار اصلی(دیودهای مزادیفیوژن). نوع دیگری از دیودهای انتشار هستند مسطحو اپیتاکسیال-مسطحدستگاه ها (شکل 1.15، د، که در آن انتشار ناخالصی ها از طریق "پنجره های" ویژه در فیلم اکسید محافظ (به عنوان مثال از دی اکسید سیلیکون) انجام می شود. SiO 2). علاوه بر مقادیر کوچک ظرفیت مانع در دیودهای انتشار، می توان به دلیل انتشار اضافی طلا، طول عمر حامل های شارژ غیرتعادلی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

اعداد در شکل 1.15 نشان می دهد: 1 - آر-پ-انتقال 2 - کریستال؛ 3 - تماس اهمی

برای مشخص کردن کمی دیودها از پارامترهای مختلفی استفاده می شود که نام و تعداد آنها به انواع دیودها بستگی دارد. برخی از پارامترها برای مشخص کردن دیودهای اکثر زیر کلاس ها استفاده می شوند.

اینها به ویژه عبارتند از:

من برای حداکثر- حداکثر جریان مستقیم مجاز مجاز؛

U pr- ولتاژ رو به جلو ثابت مربوط به جریان داده شده؛

حداکثر مقدار- حداکثر ولتاژ معکوس دیود مجاز؛

من حداکثر میرسم- حداکثر جریان معکوس ثابت ثابت دیود؛

دیفرانسیل r- مقاومت دیفرانسیل دیود (در حالت کار معین).

در حال حاضر دیودهایی برای کارکردن در طیف وسیعی از جریان ها و ولتاژها طراحی شده اند. برای قوی ترین دیودها من برای حداکثرکیلو آمپر است و حداکثر مقدار- کیلو ولت

طبقه بندی دیودهای نیمه هادی

دیودهای نیمه هادی بسیار زیاد هستند و یکی از ویژگی های اصلی طبقه بندی هدف آنها است که با استفاده از یک پدیده خاص در ارتباط است. آر-n-انتقال

گروه اولآرایش دیودهای یکسو کننده، که اثر اصلی آن اثر سوپاپ است (نسبت زیاد جریان رو به جلو به جریان معکوس)، اما هیچ الزامات دقیقی برای ویژگی های زمان و فرکانس وجود ندارد.

در حال حاضر دیودهای یکسو کننده سیلیکون بیشترین استفاده را دارند که دارای مزایای زیر هستند:

جریانهای معکوس تقریباً دو مرتبه کوچکتر (در مقایسه با ژرمانیوم) در ولتاژ یکسان هستند.

مقدار بالای ولتاژ معکوس مجاز، که به 1000-1500 ولت می رسد، در حالی که برای دیودهای ژرمانیوم در محدوده 100-400 ولت است.

عملکرد دیودهای سیلیکون در دمای -60 تا +150 درجه سانتیگراد، دیودهای ژرمانیوم - از -60 تا +85 درجه سانتیگراد حفظ می شود.

با این حال، در دستگاه های یکسو کننده ولتاژ پایین، استفاده از دیودهای ژرمانیوم سودآورتر است، زیرا مقاومت آنها در بایاس رو به جلو آر-پ- انتقال ها 1.5-2 برابر کوچکتر از سیلیکون ها هستند، در جریان بار یکسان، که باعث کاهش توان تلف شده در داخل دیود می شود.

بر اساس مقدار جریان اصلاح شده، دیودهای یکسو کننده به دیودها تقسیم می شوند کم اهمیت(من PR < 0,3 А), میانگین(0.3 A< من PR < 10 А) и بزرگ (من PR > 10 آ) قدرت.

گروه دومدیودها - فرکانس بالاو نبض. آنها همچنین از اثر سوپاپ استفاده می کنند، اما اینها دستگاه های کم مصرفی هستند که در فرکانس های بالا (در مراحل آشکارساز، اختلاط) یا در دستگاه های پالسی با سرعت بالا کار می کنند. برای دیودهای این زیر کلاس‌ها، پارامترهایی که عملکرد آنها را مشخص می‌کنند، به ویژه ظرفیت دیود (معمولاً دهم واحد pF)، زمان ایجاد مقاومت رو به جلو و معکوس (صدم‌های واحد میکروثانیه) و فرکانس بدون کاهش حالت ها

نام گرافیکی مرسوم در نمودار مدار دیودهای یکسو کننده، فرکانس بالا و پالس یکسان است و مطابق با آنچه در شکل 1.13 نشان داده شده است.

در دیودها گروه چهارماز خواص خازنی استفاده کنید آر-پ-انتقال به واسطه آر-پ-transition نشان دهنده منطقه, تخلیه حامل های شارژ، پس می توان آن را به عنوان یک عجیب و غریب در نظر گرفت خازن تختکه ظرفیت آن با عرض تعیین می شود آر-پ-انتقال اگر ولتاژ معکوس به دیود اعمال شود و مقدار آن تغییر کند، عرض آر-پانتقال نیز تغییر خواهد کرد که معادل تغییر در ظرفیت آن است. این ملک آر-پ-اتصال اجازه می دهد تا از یک دیود نیمه هادی استفاده کنید دستگاه با ظرفیت کنترل الکتریکی - واریکاپ. مشخصه ظرفیت ولتاژ و UGO واریکاپ در شکل 1.17 نشان داده شده است.

علاوه بر دیودهای مورد بحث در بالا، دستگاه های الکترونیکی به طور گسترده استفاده می شوند دیودهای شاتکی(شکل 1.18، آ) و در موارد خاص - دیودهای تونلی(شکل 1.18، ب).

شکل 1.17 - UGO و مشخصه ظرفیت ولتاژ واریکاپ

a ب

شکل 1.18 - مشخصات UGO و جریان-ولتاژ دیود شاتکی ( آ) و دیود تونل ( ب)

عنصر اصلی دیودهای شاتکییک انتقال الکترونیکی است فلز - نیمه هادیبا مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی. خواص چنین دیودهایی از بسیاری جهات شبیه به خواص دیودهای نامتقارن است آر-پ- انتقالات تفاوت اصلی بین دیودهای شاتکی و دیودهای مبتنی بر اتصال الکترون به حفره در این است که در آنها تشکیل جریان توسط اکثر حامل های بار انجام می شود و با تزریق حامل های بار اقلیت و جذب آنها مرتبط نیست، که به طور قابل توجهی بهتر است. ویژگی های فرکانسچنین دیودها و آنها را افزایش می دهد کاراییدر دستگاه های پالس

علاوه بر این، مقاومت مانع شاتکی در ولتاژ جلو کمتر از مقاومت رو به جلو است آر-nاتصال، بنابراین، شاخه های مستقیم مشخصات جریان-ولتاژ دیود یکسو کننده با یک مانع شاتکی و دیود با r-p-آنها در انتقال متفاوت هستند. دیودهای شاتکی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند به عنوان عناصر ریز مدارهای دیجیتالبرای بهبود ویژگی های آنها

دیود تونل- به دلیل فیدبک ولتاژ مثبت داخلی ذاتی و خواص دینامیکی خوب، جایگاه ویژه ای در بین دیودهای نیمه هادی دارد. مشخصه جریان-ولتاژ آن (شکل 1.18، ب) دارای مقطعی با مقاومت دیفرانسیل منفی (بخش 1 -2 ). این اجازه می دهد تا دیود تونل به عنوان یک عنصر فعال در تقویت کننده ها و خود نوسانگرها در محدوده مایکروویو استفاده شود.

یک گروه ویژه شامل تابش می کنددیودها و فتودیودها .

دیود ساطع کننده(UGO در شکل 1.19 نشان داده شده است، آ) - یک دیود نیمه هادی که تحت تأثیر یک ولتاژ اعمال شده از منطقه منتشر می شود. آر-پ-انتقال کوانتوم انرژی. تشعشع از طریق یک صفحه شیشه ای شفاف که در محفظه دیود قرار دارد منتشر می شود.

a ب

شکل 1.19 - دیود ساطع کننده UGO ( آ) و فتودیود ( ب)

با توجه به ویژگی های تشعشع دیودهای ساطع کنندهبه دو گروه تقسیم می شوند:

دیودهایی که در ناحیه مرئی طیف منتشر می شوند، نامیده می شوند ال ای دی ها;

دیودهای ساطع کننده در ناحیه مادون قرمز طیف، نامیده می شوند دیودهای IR

اصل عملکرد هر دو گروه از دیودها یکسان است و بر اساس آن است نوترکیب خود به خود حامل های بار با جریان مستقیم از طریق یک اتصال الکتریکی یکسو کننده. مشخص است که ترکیب مجدد حامل های بار با آزاد شدن یک کوانتوم انرژی همراه است. طیف فرکانس دومی بر اساس نوع مواد نیمه هادی منبع تعیین می شود. مواد اصلی برای ساخت ال ای دی هستند فسفید گالیوم, فسفید آرسنید گالیم, کاربید سیلیکون. بیشتر انرژی آزاد شده در این مواد در طی نوترکیب حامل های بار می باشد انرژی حرارتی. در بهترین حالت، سهم انرژی تابش مرئی (10-20)٪ است. بنابراین راندمان LED ها پایین است.

LED ها به عنوان نشانگر نور و دیودهای IR به عنوان منابع تشعشع استفاده می شوند دستگاه های الکترونیک نوری(به ویژه در کنترل از راه دور برای لوازم خانگی).

فتودیود(UGO در شکل 1.19 نشان داده شده است، ب) - یک دستگاه نیمه هادی که اصل عملکرد آن بر اساس استفاده است اثر فوتوالکتریک داخلی - نسلدر یک نیمه هادی تحت تاثیر کوانتوم های نوری(عکس ها) حامل های شارژ رایگان.

فتودیود استفاده می شود برای تبدیل نور(یا مادون قرمز) تابش به جریان الکتریکی(به عنوان مثال، در دستگاه های کنترل از راه دور برای لوازم خانگی).

طبقه بندی دستگاه های نیمه هادی مدرن با توجه به هدف، خواص فیزیکی، پارامترهای الکتریکی اساسی، طراحی و ویژگی های فن آوری، و نوع مواد نیمه هادی منبع در آنها منعکس شده است. سیستم نمادانواع آنها

سیستم تعیین دیودهای نیمه هادی مدرن توسط استاندارد صنعتی OST 11 336.919-81 ایجاد شده است و بر اساس تعدادی از معیارهای طبقه بندی است.

سیستم تعیین بر اساس یک کد الفبایی هفت رقمی است که اولین عنصر آن (حرفی برای دستگاه‌های استفاده عمومی، یک عدد برای دستگاه‌های مورد استفاده در دستگاه‌های با کاربرد خاص) ماده نیمه‌رسانای منبعی را که دستگاه روی آن ساخته شده است، مشخص می‌کند. عنصر دوم نامگذاری یک حرف است، زیر کلاس دستگاه ها را تعیین می کند، عنصر سوم یک عدد (یا یک حرف برای اپتوکوپلرها) است، عملکرد اصلی دستگاه را تعیین می کند. عنصر چهارم یک عدد دو رقمی است که شماره سریال توسعه نوع تکنولوژیکی دستگاه را نشان می دهد، عنصر پنجم حرفی است که به طور مشروط طبقه بندی (مرتب سازی بر اساس پارامترها) دستگاه های تولید شده با استفاده از یک فناوری واحد را تعیین می کند.

مثلا:

KD102A (2D102A) - دیود یکسو کننده سیلیکون با جریان متوسط ​​اصلاح شده کمتر از 0.3 A (طبق کتاب مرجع - حداکثر 100 میلی آمپر)، شماره توسعه 2، گروه A.

AL103B (3L103B) - دیود ساطع کننده آرسنید گالیم در محدوده IR، شماره توسعه 3، گروه B.

KS156A (2S156A) - دیود زنر سیلیکونی با قدرت بیش از 0.3 وات با ولتاژ تثبیت 5.6 ولت (شماره توسعه 56)، گروه A.

مدل ریاضی دیود

هنگام تجزیه و تحلیل مدارهای دستگاه های الکترونیکی در رایانه، تمام عناصر مدار، از جمله دیودها، با مدل های ریاضی آنها جایگزین می شوند. مدل ریاضی دیودمجموعه ای از عبارات ریاضی است که جریان و ولتاژ را در مدار معادل (مدار معادل) یک دیود توصیف می کند. به عنوان یک مدار معادل دیود، می توانید از مدل الکتریکی Ebers-Moll برای اتصال تک الکترون به حفره، که در شکل 1.20 نشان داده شده است، استفاده کنید.

شکل 1.20 - مدار معادل یک دیود نیمه هادی

مقاومت مداوم R dبرای در نظر گرفتن جریان نشتی در مدار گنجانده شده است. ظرفیت SDمجموع ظرفیت های مانع و انتشار محل اتصال را نشان می دهد. r-مقاومت حجمی بدنه پایه، بسته به ابعاد هندسی و درجه دوپینگ نیمه هادی. کنترل ولتاژ اتصال و صمنبع فعلی شناسهمشخصه جریان-ولتاژ استاتیک یک دیود را شبیه سازی می کند.

جریان منبع جریان کنترل شده از قانون پیروی می کند:

جایی که آی تی- جریان اشباع (جریان معکوس) آر-پ-انتقال

آو م- ضرایب تجربی؛

تی- دمای مطلق

مقادیر عددی ضرایب آو م، به عنوان یک قاعده، به صورت تجربی یافت می شوند. برای این منظور، می‌توانید از ویژگی‌های جریان-ولتاژ دیودها استفاده کنید که در ادبیات مرجع ارائه شده یا به صورت تجربی گرفته شده‌اند. برای هر نوع دیود بسته به مشخصات اصلی آن، تکنولوژی ساخت و غیره، این ضرایب متفاوت خواهد بود.

مدل پیشنهادی به خوبی مشخصه جریان-ولتاژ دیود را تقریب می‌کند، به جز ناحیه‌ای که خرابی الکتریکی در آن رخ می‌دهد (شکل 1.21). اما، به عنوان یک قاعده، حالت شکست برای اکثر دیودها (به جز دیودهای زنر) یک حالت غیرفعال است.

شکل 1.21 - تقریب مشخصه جریان-ولتاژ دیود

مدار معادل دیود نشان داده شده در شکل 1.20 عموماً ناقص است. در مدل الکتریکی (و در نتیجه، هنگام تدوین یک مدل ریاضی) یک دیود گسسته، لازم است که وجود اندوکتانس های سرب نیز در نظر گرفته شود. L 1 و L 2، ظرفیت مسکن S pو مخاطبین از به(شکل 1.22) . این مدل نام دارد مدل جهانیدیود گسسته

شکل 1.22 - مدل دیود جهانی

p-n-انتقال(n - منفی - منفی، الکترونیکی، p - مثبت - مثبت، سوراخ)، یا اتصال الکترون به حفره - یک نوع همجنس، منطقه اتصال p-nناحیه ای از نیمه هادی نامیده می شود که در آن تغییر مکانی در نوع رسانایی از الکترونیک وجود دارد nبه سوراخ پ.

انتقال الکترون به حفره می تواند به روش های مختلفی ایجاد شود:

1. در حجم همان ماده نیمه رسانا، در یک قسمت با ناخالصی دهنده ( n-منطقه)، و در دیگری - پذیرنده ( پ-منطقه)؛
2. در فصل مشترک دو نیمه هادی مختلف با انواع رسانایی متفاوت.

اگر p-n- انتقال با ذوب ناخالصی ها به یک نیمه هادی تک کریستالی و سپس انتقال از n- به آر- ناحیه به طور ناگهانی رخ می دهد (انتقال شدید). اگر از انتشار ناخالصی ها استفاده شود، یک انتقال صاف تشکیل می شود.

نمودار انرژی p-n-انتقال الف) حالت تعادل ب) با اعمال ولتاژ رو به جلو ج) با اعمال ولتاژ معکوس

وقتی دو ناحیه با هم تماس پیدا می کنند n- و پ- نوع، با توجه به گرادیان غلظت حامل های بار، انتشار دومی در مناطقی با رسانایی الکتریکی مخالف رخ می دهد. که در پ- ناحیه نزدیک تماس پس از انتشار سوراخ ها از آن، گیرنده های یونیزه جبران نشده (بارهای ثابت منفی) باقی می مانند و در nمناطق - اهداکنندگان یونیزه بدون غرامت (هزینه ثابت مثبت). شکل گرفت منطقه شارژ فضایی(SCR)، متشکل از دو لایه با بار مخالف. بین بارهای متضاد جبران نشده ناخالصی های یونیزه، یک میدان الکتریکی ظاهر می شود که از n-مناطق به پ-منطقه و میدان الکتریکی انتشار نامیده می شود. این میدان از انتشار بیشتر حامل های اکثریت از طریق تماس جلوگیری می کند - یک حالت تعادل برقرار می شود (در این حالت جریان کمی از حامل های اکثریت به دلیل انتشار وجود دارد و جریان حامل های اقلیت تحت تأثیر میدان تماس وجود دارد. این جریان ها یکدیگر را جبران می کنند). بین n- و پ-مناطق، یک اختلاف پتانسیل به نام اختلاف پتانسیل تماس وجود دارد. پتانسیل منطقه n با توجه به پتانسیل مثبت است پ-مناطق به طور معمول، اختلاف پتانسیل تماس در این مورد یک دهم ولت است.

یک میدان الکتریکی خارجی ارتفاع مانع را تغییر می‌دهد و تعادل جریان حامل جریان را از طریق مانع مختل می‌کند. اگر پتانسیل مثبت به کار گرفته شود پ-منطقه، سپس مانع پتانسیل کاهش می یابد (جابجایی مستقیم)، و SCR باریک می شود. در این حالت، با افزایش ولتاژ اعمال شده، تعداد حامل های اکثریتی که قادر به غلبه بر مانع هستند به طور تصاعدی افزایش می یابد. هنگامی که این حامل ها از p عبور کردند - n- گذار، غیر ضروری می شوند. بنابراین غلظت حامل های اقلیت در دو طرف محل اتصال افزایش می یابد (تزریق حامل های اقلیت). به طور همزمان در پ- و n-مناطق از طریق کنتاکت ها وارد مقادیر مساوی از حامل های اصلی می شوند که باعث جبران هزینه های حامل های تزریق شده می شود. در نتیجه، نرخ نوترکیبی افزایش می‌یابد و جریان غیرصفری از محل اتصال ظاهر می‌شود که با افزایش ولتاژ به طور تصاعدی افزایش می‌یابد.

استفاده از پتانسیل منفی به پ-منطقه (سوگیری معکوس) منجر به افزایش مانع بالقوه می شود. انتشار اکثر حامل ها از طریق اتصال ناچیز می شود. در عین حال، جریان حامل های اقلیت تغییر نمی کند (هیچ مانعی برای آنها وجود ندارد). حامل های بار اقلیت توسط میدان الکتریکی جذب می شوند p-n- اتصال و عبور از آن به منطقه مجاور (استخراج حامل های اقلیت). شار حامل اقلیت با نرخ تولید حرارتی جفت الکترون-حفره تعیین می شود. این جفت ها به مانع پخش می شوند و توسط میدان آن از هم جدا می شوند و در نتیجه p-n- جریان اتصال جریان دارد است(جریان اشباع)، که معمولاً کوچک و تقریباً مستقل از ولتاژ است. بنابراین، مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n دارای یک غیر خطی بودن مشخص است. هنگام تغییر علامت Uمقدار جریان از طریق اتصال می تواند 10 5 - 10 6 بار تغییر کند. در نتیجه p-n- از محل اتصال می توان برای اصلاح جریان های متناوب (دیود) استفاده کرد.

ویژگی های ولت آمپر

برای استخراج وابستگی مقدار فعلی از طریق p-nانتقال از ولتاژ بایاس خارجی V، جریان الکترون و حفره را باید جداگانه در نظر بگیریم. در ادامه با نماد نشان خواهیم داد جیچگالی شار ذرات، و نماد j- چگالی جریان الکتریکی؛ سپس j e = −eJ e، j h = eJ h.

ویژگی های ولت آمپر p-n-انتقال است- جریان اشباع، U pr- ولتاژ شکست

در V= 0 J e و J h ناپدید می شوند. البته این بدان معنا نیست که هیچ حرکتی از حامل های منفرد از طریق اتصال وجود ندارد، بلکه فقط تعداد مساوی الکترون (یا حفره) در هر دو جهت حرکت می کنند. در V≠ 0 تعادل مختل شده است. به عنوان مثال، جریان حفره ای را در یک لایه تخلیه در نظر بگیرید. این شامل دو جزء زیر است:

1. جریان نسل n-مناطق در پ-منطقه انتقال همانطور که از نام آن پیداست، این جریان ناشی از سوراخ هایی است که مستقیماً در آن ایجاد می شود nمنطقه لایه تخلیه در طول تحریک حرارتی الکترون ها از سطوح باند ظرفیت. اگرچه غلظت چنین سوراخ هایی (حامل های اقلیت) در n- مناطق در مقایسه با غلظت الکترون ها (حامل اکثریت) بسیار کوچک هستند، آنها نقش مهمی در انتقال جریان از طریق اتصال دارند. این اتفاق می افتد زیرا هر سوراخی که وارد لایه تخلیه می شود بلافاصله به آن منتقل می شود پ-منطقه ای تحت تأثیر میدان الکتریکی قوی که در داخل لایه وجود دارد. در نتیجه، بزرگی جریان تولید حاصله به مقدار تغییر پتانسیل در لایه تخلیه بستگی ندارد، زیرا هر سوراخی که در لایه پیدا شود از n-مناطق در پ-منطقه
2. جریان نوترکیبی، یعنی جریانی که از سوراخ خارج می شود پ-مناطق در n-منطقه میدان الکتریکی در لایه تخلیه با این جریان مخالف است و تنها آن حفره هایی که با انرژی جنبشی کافی برای غلبه بر مانع پتانسیل به مرز لایه تخلیه می رسند در جریان نوترکیبی نقش دارند. تعداد چنین سوراخ هایی با e متناسب است -eΔΦ/kTو بنابراین

برخلاف جریان تولید، جریان نوترکیبی به شدت ولتاژ اعمال شده بسیار حساس است. V. ما می توانیم بزرگی این دو جریان را با توجه به اینکه چه زمانی مقایسه کنیم V= 0 هیچ جریانی از محل اتصال وجود ندارد: J h rec (V = 0) = J h genنتیجه می شود که J h rec = جنرال جه eV/kT. مجموع جریان سوراخ از پ-مناطق در n-region نشان دهنده تفاوت بین جریان نوترکیبی و تولید است:

ج= J h rec − J h gen = J h gen(ه eV/kT − 1).

ملاحظات مشابهی برای اجزای جریان الکترونی با تنها تغییری که جریان تولید و نوترکیب الکترون‌ها بر خلاف جریان‌های حفره مربوطه است، قابل اعمال است. از آنجایی که الکترون ها بارهای مخالف دارند، جریان های الکتریکی تولید و بازترکیب الکترون ها در جهت با جریان های الکتریکی تولید و نوترکیب حفره ها منطبق است. بنابراین، چگالی جریان الکتریکی کل است j = e(J h gen + J e gen) (ه eV/kT − 1).

ظرفیت p-n- ویژگی های انتقال و فرکانس

p-n-اتصال را می توان به عنوان یک خازن تخت در نظر گرفت که صفحات آن نواحی هستند n- و پنوع خارج از انتقال، و عایق منطقه بار فضایی است که از حامل های بار خالی شده و مقاومت بالایی دارد. این ظرفیت نامیده می شود مانع. این بستگی به ولتاژ اعمال شده خارجی دارد، زیرا ولتاژ خارجی بار فضایی را تغییر می دهد. در واقع، افزایش در مانع پتانسیل در طول بایاس معکوس به معنای افزایش اختلاف پتانسیل بین است n- و پمناطق نیمه هادی و در نتیجه افزایش بار حجمی آنها. از آنجایی که بارهای فضایی ثابت و مرتبط با یون های دهنده و گیرنده هستند، افزایش بار فضایی تنها می تواند به دلیل گسترش ناحیه آن و در نتیجه کاهش ظرفیت الکتریکی اتصال باشد. بسته به ناحیه اتصال، غلظت ناخالصی و ولتاژ معکوس، ظرفیت مانع می تواند مقادیری از واحدها تا صدها پیکوفاراد داشته باشد. ظرفیت مانع در ولتاژ معکوس ظاهر می شود. با ولتاژ مستقیم با مقاومت کم شنت می شود p-n-انتقال واریکاپ ها به دلیل ظرفیت مانع کار می کنند.

علاوه بر ظرفیت مانع p-n- انتقال به اصطلاح دارد ظرفیت انتشار. ظرفیت انتشار با فرآیندهای تجمع و جذب بار غیرتعادلی در پایه مرتبط است و اینرسی حرکت بارهای غیرتعادلی در ناحیه پایه را مشخص می کند. ظرفیت انتشار به دلیل این واقعیت است که افزایش ولتاژ توسط p-n- انتقال منجر به افزایش تمرکز حامل های اکثریت و اقلیت، یعنی تغییر در مسئولیت می شود. بزرگی ظرفیت انتشار متناسب با جریان عبوری است p-n-انتقال هنگامی که بایاس رو به جلو اعمال می شود، ظرفیت انتشار می تواند به ده ها هزار پیکوفاراد برسد.

مدار معادل p-n-انتقال ج ب- ظرفیت مانع، ج د- ظرفیت انتشار R a- مقاومت دیفرانسیل p-n- انتقال، r- مقاومت حجمی پایه

ظرفیت کل p-n- انتقال با مجموع ظرفیت های مانع و انتشار تعیین می شود. مدار معادل p-n-انتقال جریان متناوب در شکل نشان داده شده است. در مدار معادل، موازی با مقاومت دیفرانسیل p-nانتقال R و شامل ظرفیت انتشار سی d و ظرفیت مانع باب مقاومت حجم پایه به صورت سری با آنها متصل می شود r. با افزایش فرکانس ولتاژ متناوب اعمال شده به p-n- گذار، خواص خازنی بیشتر و بیشتر برجسته می شود، R aتوسط خازن و مقاومت کل شنت می شود p-n- انتقال با مقاومت حجمی پایه تعیین می شود. بنابراین، در فرکانس های بالا p-n- انتقال ویژگی های خطی خود را از دست می دهد.

درهم شکستن p-n-انتقال

خرابی دیود- این پدیده افزایش شدید جریان معکوس از طریق دیود است زمانی که ولتاژ معکوس به مقدار بحرانی خاصی برای یک دیود معین می رسد. بسته به پدیده های فیزیکی منجر به شکست، بهمن، تونل، سطح و شکست حرارتی متمایز می شود.

• شکست بهمن(یونیزاسیون ضربه) مهمترین مکانیسم شکست است p-n-انتقال ولتاژ شکست بهمن حد بالایی ولتاژ معکوس اکثر دیودها را تعیین می کند. شکست با تشکیل بهمنی از حامل های بار تحت تأثیر یک میدان الکتریکی قوی همراه است که در آن حامل ها انرژی کافی برای تشکیل جفت های الکترون-حفره جدید را در نتیجه یونیزاسیون ضربه ای اتم های نیمه هادی به دست می آورند.

• خرابی تونلانتقال الکترون به حفره شکست الکتریکی یک انتقال ناشی از تونل زدن مکانیکی کوانتومی حامل‌های بار از طریق شکاف نواری یک نیمه‌رسانا بدون تغییر انرژی آنهاست. تونل زنی الکترونی به شرطی امکان پذیر است که عرض مانع پتانسیلی که الکترون ها باید بر آن غلبه کنند به اندازه کافی کوچک باشد. برای همان شکاف باند (برای همان ماده)، عرض مانع پتانسیل با قدرت میدان الکتریکی، یعنی شیب سطوح انرژی و نوارها تعیین می شود. در نتیجه، شرایط تونل زنی فقط در یک قدرت میدان الکتریکی خاص یا در یک ولتاژ مشخص در محل اتصال الکترون به حفره - در یک ولتاژ شکست، ایجاد می شود. مقدار این شدت میدان الکتریکی بحرانی تقریباً 8∙10 5 V/cm برای اتصالات سیلیکونی و 3∙10 5 V/cm برای اتصالات ژرمانیومی است. از آنجایی که احتمال تونل زنی بسیار به شدت میدان الکتریکی بستگی دارد، اثر تونل زنی در خارج خود را به عنوان شکست دیود نشان می دهد.

• خرابی سطحی (جریان نشتی). واقعی p-n- اتصالات دارای بخش هایی هستند که تا سطح نیمه هادی امتداد دارند. به دلیل آلودگی احتمالی و وجود بارهای سطحی بین نواحی p و n، فیلم‌های رسانا و کانال‌های رسانا می‌توانند تشکیل شوند که از طریق آنها جریان نشتی I جریان می‌یابد. این جریان با افزایش ولتاژ معکوس افزایش می یابد و می تواند از جریان حرارتی I 0 و جریان تولید I gen تجاوز کند. جریان Iut ضعیف به دما بستگی دارد. برای کاهش I ut، از پوشش های فیلم محافظ استفاده می شود.

• شکست حرارتی- این یک خرابی است که توسعه آن به دلیل انتشار گرما در اتصال الکتریکی یکسو کننده به دلیل عبور جریان از محل اتصال است. هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال می شود، تقریباً تمام آن کاهش می یابد p-n- اتصالی که از طریق آن جریان معکوس، هرچند کوچک، وجود دارد. برق آزاد شده باعث گرم شدن می شود p-n- محل اتصال و مناطق مجاور نیمه هادی. در صورت عدم حذف حرارت کافی، این توان باعث افزایش بیشتر جریان می شود که منجر به خرابی می شود. شکست حرارتی، بر خلاف موارد قبلی، برگشت ناپذیر است.

کاربرد

• دیودهای زنر (دیود زنر)
• LED (دیودهای گرد هنری)

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "P-n-junction" در سایر لغت نامه ها چیست:

انتقال فرآیند حرکت از یک موقعیت یا حالت به موقعیت دیگر است. و همچنین مکانی مناسب یا در نظر گرفته شده برای چنین حرکتی: مطالب 1 در ساخت و ساز 2 حرکت 3 در فیزیک ... ویکی پدیا

یکی از اصلی ترین قوانین ماتریالیسم دیالکتیک، که بر اساس آن تغییر در کیفیت یک شی با تجمع کمیت ها اتفاق می افتد. تغییرات به سطح خاصی می رسد. حد. این قانون کلی ترین مکانیسم توسعه را نشان می دهد. ... دایره المعارف فلسفی

انتقال، m 1. فقط واحد. عمل بر اساس فعل برو- برو (1). انتقال از مسکو به کولومنا چندین ساعت به طول انجامید. انتقال فرمانده سووروف از طریق آلپ. عبور از رودخانه. رفتن به مورد بعدی. گذار به تامین مالی شخصی رفتن به… … فرهنگ توضیحی اوشاکوف

تغییر به زمان "زمستانی".- در قلمرو فدراسیون روسیه در آخرین یکشنبه اکتبر در ساعت 3:00 به وقت محلی با عقب بردن ساعت یک ساعت به عقب انجام می شود. برای اولین بار برای صرفه جویی در مصرف انرژی عقربه های ساعت را در تابستان یک ساعت به جلو و در زمستان یک ساعت به عقب ببرید... دایره المعارف خبرسازان

انتقال به زمان "زمستان" و "تابستان".- دیمیتری مدودف، رئیس جمهور روسیه، روز سه شنبه گفت: روسیه، 30 سال پس از معرفی زمان انتقال به زمان زمستانی/تابستانی، از پاییز 2011، روس ها ساعت های خود را یک ساعت به عقب نمی برند. رفتن به زمستان...... دایره المعارف خبرسازان

تغییر به زمان "زمستانی": مزایا اقتصادی و معایب پزشکی- در 28 اکتبر در ساعت 3 (به وقت محلی) روسیه به زمان زمستانی تغییر می کند. حرکت دادن ساعت ها در تابستان یک ساعت به جلو و در زمستان یک ساعت به عقب به منظور صرفه جویی در منابع انرژی برای اولین بار در بریتانیا در سال 1908 انجام شد. اندیشه … دایره المعارف خبرسازان

تغییر به زمان "زمستانی"/"تابستانی".- برای اولین بار حرکت عقربه های ساعت در تابستان یک ساعت به جلو و در زمستان یک ساعت به عقب به منظور صرفه جویی در منابع انرژی در بریتانیای کبیر در سال 1908 انجام شد. ایده صرفه جویی در منابع انرژی با حرکت دادن فلش ها متعلق به... ... دایره المعارف خبرسازان

انتقال فاز، همراه با تغییر در مقدار و ماهیت هدایت الکتریکی با تغییرات دما T، فشار p، مغناطیسی. میدان های H یا ترکیب ماده. P.M.D در تعدادی از جامدات، گاهی اوقات در مایعات و گازها (بخارهای متراکم فلزی) مشاهده می شود. دایره المعارف فیزیکی

- (قانون "دست"، قانون پدرسن) یک تغییر آوایی است که در زبان اولیه پروتو-اسلاوی رخ داده است. مطالب 1 شرح پدیده 1.1 ... ویکی پدیا

انتقال ارتش الکساندر سووروف از طریق آلپ سوئیس- کمپین سوئیسی ارتش الکساندر واسیلیویچ سووروف - انتقال نیروهای روسی به فرماندهی ژنرال فیلد مارشال سووروف از شمال ایتالیا از طریق کوه های آلپ به سوئیس، از 10 سپتامبر تا 27 سپتامبر 1799 به طول انجامید. در زمان جنگ 2 مرتکب شد...... دایره المعارف خبرسازان

انتقال- (1) در برنامه نویسی، دستوری برای اجرا کننده برای ادامه اجرای الگوریتم (برنامه) از برگه مشخص شده توسط این دستور. عبارتند از: الف) عملیات بدون قید و شرط، انتقال کنترل به یک آدرس از پیش تعیین شده، که در ... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

مرز بین دو ناحیه مجاور یک نیمه هادی، یکی با رسانایی نوع n و دیگری با رسانایی نوع p، اتصال الکترون به حفره (پیوند p-n) نامیده می شود. اساس اکثر دستگاه های نیمه هادی است. پرکاربردترین آنها اتصالات مسطح و نقطه ای p-n هستند.

پیوند مسطح p-n یک عنصر تماسی لایه ای در قسمت عمده یک کریستال در مرز دو نیمه هادی با رسانایی نوع p و n است.
(شکل 1.2، الف). در تولید دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع از اتصالات از نوع اتصالات p+-n- یا p-n+ استفاده می شود. شاخص "+" بر رسانایی الکتریکی بالای این ناحیه از تک کریستال تأکید دارد.

برنج. 1.2 اتصالات مسطح (a) و نقطه (ب) p-n

بیایید فرآیندهای فیزیکی را در یک اتصال مسطح p-n در نظر بگیریم (شکل 1.3). از آنجایی که غلظت الکترون در نیمه هادی های نوع n به طور قابل توجهی بیشتر از نیمه هادی های نوع p است و برعکس، در نیمه هادی های نوع p غلظت زیادی از حفره ها وجود دارد، اختلاف ( گرادیان) در غلظت حفره ها وجود دارد. dp/dx و الکترون‌ها dn/dx در سطح مشترک بین نیمه‌رساناها ایجاد می‌شود. این باعث حرکت انتشار الکترون ها از ناحیه n به ناحیه p و حفره ها در جهت مخالف می شود. چگالی سوراخ ها و اجزای الکترونی جریان انتشار، ناشی از حرکت اکثر حامل ها، با عبارات تعیین می شود:

که در آن Dn و Dp به ترتیب ضرایب انتشار الکترون ها و حفره ها هستند.

چگالی کل جریان از طریق اتصال p-n توسط مجموع مولفه های انتشار و رانش چگالی جریان تعیین می شود که در صورت عدم وجود ولتاژ خارجی برابر هستند. از آنجایی که جریان انتشار و رانش بارها از طریق اتصال p-n در جهت مخالف حرکت می کنند، یکدیگر را جبران می کنند. بنابراین، در حالت تعادل، چگالی کل جریان از طریق اتصال p-n برابر است با

وجود یک لایه الکتریکی دوتایی باعث پیدایش اختلاف پتانسیل تماس در محل اتصال p-n می شود که بیشترین تغییر را در مرز نیمه هادی های نوع n-p ایجاد می کند و به آن مانع پتانسیل jк می گویند. بزرگی مانع پتانسیل توسط معادله تعیین می شود

که در آن jT = kT/q - پتانسیل حرارتی (در دمای معمولی، یعنی در T = 300 K jT » » 0.026 V). рп و np – غلظت حفره ها و الکترون ها در نیمه هادی های نوع n و p. برای اتصالات ژرمانیوم jT = (0.3 - 0.4) V، برای اتصالات سیلیکونی jT = (0.7 - 0.8) V.

اگر یک منبع ولتاژ خارجی را به اتصال p-n به گونه ای وصل کنید که مثبت به ناحیه نیمه هادی نوع n و منفی به ناحیه نیمه هادی نوع p اعمال شود (این اتصال معکوس نامیده می شود، شکل 1.4)، سپس لایه تخلیه منبسط می شود، زیرا تحت تأثیر ولتاژ خارجی، الکترون ها و سوراخ ها از اتصال p-n در جهات مختلف جابجا می شوند. در این حالت، ارتفاع مانع پتانسیل نیز افزایش می‌یابد و برابر jк+ u می‌شود (شکل 1.5)، زیرا ولتاژ بایاس خارجی با توجه به اختلاف پتانسیل تماس روشن می‌شود.

شکل 1.4 بایاس انتقال معکوس

شکل 1.5 تغییر مانع پتانسیل

از آنجایی که ولتاژ منبع خارجی بر خلاف اختلاف پتانسیل تماس اعمال می شود، مانع پتانسیل به میزان کاهش می یابد تو(سانتی متر.
برنج. 1.7)، و شرایط برای تزریق اکثر حامل ها - سوراخ هایی از نیمه هادی ایجاد می شود. پنیمه هادی نوع n-نوع، و الکترونها - در جهت مخالف. در عین حال، از طریق پ—nانتقال یک جریان رو به جلو بزرگ به دلیل اکثر حامل های بار جریان می یابد. کاهش بیشتر در مانع پتانسیل منجر به افزایش جریان رو به جلو با مقدار ثابت جریان رانش معکوس می شود.

در طی پردازش تکنولوژیکی یک کریستال، ناخالصی به گونه ای وارد می شود که غلظت آن و بنابراین غلظت اکثر حامل ها در یکی از مناطق کریستال (معمولاً در نیمه هادی های نوع p) دو تا سه مرتبه است. بزرگی بالاتر از غلظت ناخالصی در منطقه دیگر. منطقه با غلظت ناخالصی بالا (منطقه کم مقاومت) منبع اصلی حامل های شارژ سیار است پ—nانتقال یک امیتر نامیده می شود. ناحیه ای با غلظت ناخالصی کم دارای مقاومت بالایی است و به آن پایه می گویند. بنابراین، جزء غالب جریان رو به جلو در جریان است پ—n- گذار و متشکل از اجزای الکترون و حفره ای است که توسط حامل های بار اصلی منطقه با غلظت بالاتر آنها تعیین می شود.

منو غیره =منپ +منn =من 0(e Uو غیره / j T — 1). (1.11)

وقتی | U pr | >>j Tانتقال اساسا ناپدید می شود و جریان فقط با مقاومت (واحدها و حتی ده ها اهم) ناحیه پایه محدود می شود. r b .

مشخصه ولتاژ جریان (CVC) پ—n- انتقال که بر اساس عبارات (1.10) و (1.11) ساخته شده است، شکل نشان داده شده در شکل را دارد. 1.8. ناحیه مشخصه جریان-ولتاژ که در ربع اول قرار دارد مربوط به اتصال مستقیم است پ—n-انتقال، و آن که در ربع سوم قرار دارد برعکس است. همانطور که در بالا ذکر شد، زمانی که ولتاژ معکوس به اندازه کافی بزرگ باشد، شکست اتصال رخ می دهد. خرابی یک تغییر ناگهانی در حالت عملکرد یک اتصال تحت ولتاژ معکوس است.

ویژگی مشخصه این تغییر کاهش شدید مقاومت دیفرانسیل محل اتصال است دیفرانسیل r= دو/دی(تو و من- ولتاژ انتقال و جریان انتقال، به ترتیب). پس از شروع خرابی، افزایش جزئی ولتاژ معکوس با افزایش شدید جریان معکوس همراه است. در طول فرآیند شکست، جریان می تواند افزایش یابد در حالی که ولتاژ معکوس بدون تغییر باقی می ماند و حتی کاهش می یابد (در مقدار) (در مورد دوم، مقاومت دیفرانسیل منفی می شود). در مشخصه جریان-ولتاژ انتقال (شکل 1.9)، خرابی مربوط به ناحیه خم شدید مشخصه به سمت پایین است. ربع سوم

برنج. 1.8 مشخصه ولتاژ جریان (الف) و مدار سوئیچینگ دیود زنر (ب)

سه نوع شکست وجود دارد p-nانتقال: تونل، بهمن و حرارتی. خرابی تونل و بهمن معمولاً خرابی الکتریکی نامیده می شود.

شکست تونل زمانی اتفاق می افتد که فاصله هندسی بین نوار ظرفیت و نوار هدایت (عرض سد) به اندازه کافی کوچک باشد، سپس اثر تونل رخ می دهد - پدیده عبور الکترون ها از یک مانع پتانسیل. خرابی تونل در آر—n- اتصالات با پایه ای که مقدار مقاومت پایینی دارد.

برنج. 1.9 ویژگی های I-V اتصال p-n

مکانیسم شکست بهمن مشابه مکانیسم یونیزاسیون ضربه در گازها است. شکست بهمن زمانی اتفاق می افتد که، هنگام حرکت قبل از برخورد بعدی با یک اتم، یک حفره (یا الکترون) انرژی کافی برای یونیزه کردن اتم را بدست آورد. در نتیجه تعداد حامل ها به شدت افزایش می یابد و جریان عبوری از محل اتصال افزایش می یابد. مسافتی که حامل بار قبل از برخورد طی می کند، مسیر آزاد متوسط ​​نامیده می شود. شکست بهمن در اتصالات با پایه با مقاومت بالا (دارای مقاومت بالا) اتفاق می افتد. مشخصه این است که در این مورد ولتاژ شکست در محل اتصال کمی به جریان عبوری از آن بستگی دارد (بخش افت شدید در ربع سوم مشخصه جریان-ولتاژ، به شکل 1.9 مراجعه کنید).

در طول شکست حرارتی، افزایش جریان با گرم شدن نیمه هادی در ناحیه اتصال pn و افزایش مربوطه در هدایت ویژه توضیح داده می شود. شکست حرارتی با مقاومت تفاضلی منفی مشخص می شود. اگر نیمه هادی سیلیکونی باشد، وقتی ولتاژ معکوس افزایش می یابد، معمولاً پس از خرابی الکتریکی، شکست حرارتی رخ می دهد (در هنگام خرابی الکتریکی، نیمه هادی گرم می شود و سپس شکست حرارتی شروع می شود). پس از خرابی الکتریکی، اتصال pn خواص خود را تغییر نمی دهد. پس از شکست حرارتی، اگر نیمه هادی به اندازه کافی گرم شود، خواص اتصال به طور غیر قابل برگشت تغییر می کند (دستگاه نیمه هادی از کار می افتد).

همانطور که قبلاً اشاره شد، به دلیل انتشار الکترون ها و حفره ها از طریق اتصال p-n، بارهای حجمی (مکانی) جبران نشده اتم های ناخالصی یونیزه شده در ناحیه گذار ایجاد می شوند که در گره های شبکه بلوری نیمه هادی ثابت می شوند و بنابراین نمی شوند. در جریان جریان الکتریکی شرکت کنند. با این حال، بارهای فضایی یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کنند که به نوبه خود بیشترین تأثیر را بر حرکت حامل‌های آزاد الکتریسیته، یعنی فرآیند جریان جریان دارد.

تغییر ولتاژ خارجی اعمال شده به اتصال pn، بار فضای حجمی لایه تخلیه را تغییر می دهد. در نتیجه، پیوند p-n مانند یک خازن مسطح رفتار می کند، ظرفیت آن که با نسبت تغییر بار فضایی ¶Q به تغییر ولتاژ ¶U در هنگام روشن شدن مجدد اتصال تعیین می شود، ظرفیت مانع نامیده می شود و می تواند از معادله پیدا می شود

که در آن e0 ثابت دی الکتریک خلاء است. e – دی الکتریک نسبی

نفوذپذیری؛ اس- مربع پ- n-انتقال د- ضخامت لایه تخلیه شده (ضخامت پ— n-انتقال).

تغییر شارژ در پ- n- انتقال همچنین می تواند ناشی از تغییر در غلظت حامل های غیر تعادلی تزریق شده در پایه در طی بایاس رو به جلو باشد. پ— n-انتقال نسبت مقدار تغییر در بار تزریق شده به مقدار تغییر در ولتاژ رو به جلو، ظرفیت انتشار را تعیین می کند. پ—n-انتقال:
با دیفرانسیل = د Q engineer/dU.ظرفیت انتشار در زیر بایاس رو به جلو از ظرفیت مانع فراتر می رود پ—nانتقال، با این حال، ارزش ناچیز در سوگیری معکوس دارد.

اصل عملکرد دستگاه های نیمه هادی با ویژگی های به اصطلاح اتصال الکترون به حفره (اتصال p-n) - رابط بین مناطق یک نیمه هادی با مکانیسم های هدایت متفاوت توضیح داده می شود.

انتقال الکترون به حفره - این ناحیه ای از نیمه هادی است که در آن تغییر فضایی در نوع هدایت (از الکترونیکی n-منطقه به سوراخمنطقه p). از آنجایی که غلظت حفره‌ها در ناحیه p انتقال الکترون به حفره بسیار بیشتر از ناحیه n است، حفره‌های ناحیه n تمایل دارند در ناحیه الکترونیکی پخش شوند. الکترون ها در ناحیه p منتشر می شوند.

برای ایجاد رسانایی از نوع n یا p در نیمه هادی اصلی (معمولاً ژرمانیوم یا سیلیکون 4 ظرفیتی)، اتم های ناخالصی های 5 ظرفیتی یا 3 ظرفیتی به ترتیب به آن اضافه می شود (فسفر، آرسنیک یا آلومینیوم، ایندیم و غیره). )

اتم‌های ناخالصی 5 ظرفیتی (اهداکننده‌ها) به راحتی یک الکترون را به نوار رسانایی اهدا می‌کنند و الکترون‌های اضافی در نیمه‌رسانا ایجاد می‌کنند که در تشکیل پیوندهای کووالانسی دخالتی ندارند. هادی رسانایی نوع n را به دست می آورد. معرفی یک ناخالصی 3 ظرفیتی (پذیرنده) منجر به این واقعیت می شود که دومی با گرفتن یک الکترون از اتم های نیمه هادی برای ایجاد پیوند کووالانسی از دست رفته، رسانایی نوع p را به آن منتقل می کند، زیرا سوراخ های ایجاد شده در این مورد (خالی) سطوح انرژی در باند ظرفیت) در میدان های الکتریکی یا مغناطیسی به عنوان حامل بارهای مثبت رفتار می کنند. حفره های یک نیمه هادی نوع p و الکترون ها در یک نیمه هادی نوع n بر خلاف حامل های اقلیت (الکترون ها در نیمه هادی های نوع p و حفره های یک نیمه هادی نوع n) که در اثر ارتعاشات حرارتی ایجاد می شوند، حامل های اکثریت نامیده می شوند. اتم های موجود در شبکه کریستالی

اگر نیمه هادی هایی با انواع مختلف رسانایی در تماس قرار گیرند (تماس به صورت تکنولوژیکی ایجاد می شود، اما نه مکانیکی)، آنگاه الکترون های نیمه هادی نوع n می توانند سطوح آزاد را در باند ظرفیت نیمه هادی نوع p اشغال کنند. اتفاق خواهد افتاد نوترکیبی الکترون با سوراخ هایی در نزدیکی رابط انواع مختلف نیمه هادی ها.

این فرآیند شبیه انتشار الکترون های آزاد از یک نیمه هادی نوع n به یک نیمه هادی نوع p و انتشار حفره ها در جهت مخالف است. در نتیجه خروج حامل های بار اصلی، یک لایه خالی از حامل های متحرک در رابط انواع مختلف نیمه هادی ها ایجاد می شود که در آن یون های مثبت در ناحیه n قرار خواهند گرفت. اهدا کنندهاتم ها و در ناحیه p - یونهای منفی پذیرندهاتم ها این لایه، خالی از حامل های متحرک و امتداد آن تا کسری از میکرون است انتقال الکترون به حفره

مانع بالقوه در اتصال pn.

اگر یک ولتاژ الکتریکی به یک نیمه هادی اعمال شود، بسته به قطبیت این ولتاژ، اتصال p-n خواص کاملاً متفاوتی از خود نشان می دهد.

ویژگی های اتصال p-n هنگام اتصال مستقیم.

ویژگی های یک اتصال p-n در هنگام سوئیچینگ معکوس.

بنابراین، با یک درجه تقریب مشخص، می‌توان فرض کرد که اگر قطبیت ولتاژ منبع تغذیه مستقیم باشد، جریان الکتریکی از طریق اتصال p-n جریان می‌یابد، و برعکس، وقتی قطبیت معکوس شود، جریانی وجود ندارد.

با این حال، علاوه بر وابستگی جریان حاصل به انرژی خارجی، به عنوان مثال، منبع انرژی یا فوتون های نور، که در تعدادی از دستگاه های نیمه هادی استفاده می شود، تولید حرارت نیز وجود دارد. در این حالت، غلظت حامل های بار ذاتی به شدت کاهش می یابد و بنابراین من OBR بنابراین، اگر انتقال در معرض انرژی خارجی قرار گیرد، یک جفت بار آزاد ظاهر می شود: الکترون - سوراخ. هر حامل بار که در ناحیه بار فضایی متولد شودپ–nانتقال، توسط میدان الکتریکی برداشت خواهد شد E VN و پرتاب شده: الکترون – درn- منطقه، سوراخ - در پ- منطقه جریان الکتریکی ایجاد می شود که متناسب با عرض ناحیه بار فضایی است. این به دلیل این واقعیت است که بیشتر E VN ، منطقه ای گسترده تر است که در آن میدان الکتریکی وجود دارد که در آن ایجاد و جداسازی حامل های بار رخ می دهد. همانطور که در بالا ذکر شد، سرعت تولید حامل های بار در یک نیمه هادی به غلظت و موقعیت انرژی ناخالصی های عمیق موجود در ماده بستگی دارد.

به همین دلیل، حداکثر دمای عملیاتی نیمه هادی بالاتر است. برای ژرمانیوم 80 درجه سانتیگراد، سیلیکون: 150 درجه سانتیگراد، آرسنید گالیم: 250 درجه سانتیگراد (D E= 1.4 ولت). در دماهای بالاتر، تعداد حامل‌های بار افزایش می‌یابد، مقاومت کریستال کاهش می‌یابد و نیمه‌رسانا از نظر حرارتی از بین می‌رود.

مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n.

ویژگی های ولت آمپر (مشخصه ولتاژ-ولتاژ) وابستگی گرافیکی جریان عبوری است اتصال р-nجریان از ولتاژ خارجی اعمال شده به آن I=f(U) . مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n با اتصال مستقیم و معکوس در زیر آورده شده است.

متشکل از سر راست(0-A) و معکوس(0-B-C) شاخه ها؛ مقادیر روی محور عمودی رسم می شوند جریان رو به جلو و معکوس ، و روی محور آبسیسا مقادیر هستند ولتاژ رو به جلو و معکوس .

ولتاژ از یک منبع خارجی اعمال شده به کریستال با r-pانتقال، تقریباً به طور کامل بر روی انتقال تخلیه شده توسط حامل تمرکز می کند. بسته به قطبیت، دو گزینه برای روشن کردن ولتاژ DC وجود دارد - مستقیم و معکوس.

در مستقیمهنگامی که روشن می شود (شکل سمت راست - بالا)، میدان الکتریکی خارجی به سمت میدان داخلی هدایت می شود و تا حدی یا کاملا آن را ضعیف می کند، ارتفاع مانع پتانسیل را کاهش می دهد. Rpr ). در معکوسهنگامی که روشن می شود (شکل سمت راست - پایین)، میدان الکتریکی در جهت با میدان منطبق است r-pانتقال و منجر به افزایش مانع بالقوه ( Rrev ).

مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n با تابع تحلیلی توصیف می شود:

جایی که

U - ولتاژ خارجی علامت مربوطه اعمال شده به انتقال؛

Iо = آن - جریان معکوس (حرارتی) اتصال pn؛

- پتانسیل دما، جایی که ک- ثابت بولتزمن، q- شارژ اولیه (در T = 300K, 0.26 V).

در ولتاژ مستقیم ( U> 0 ) - عبارت نمایی به سرعت افزایش می یابد [ ]، واحد داخل پرانتز را می توان نادیده گرفت و در نظر گرفت. با ولتاژ معکوس ( U<0 ) جمله نمایی به سمت صفر میل می کند و جریان عبوری از محل اتصال تقریباً برابر جریان معکوس است. Ip-n = -Io .

مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n نشان می دهد که حتی در ولتاژهای رو به جلو نسبتاً کوچک، مقاومت اتصال کاهش می یابد و جریان رو به جلو به شدت افزایش می یابد.

شکست اتصال p-n.

پیشرفت تغییر شدید در حالت عملکرد یک اتصال تحت ولتاژ معکوس نامیده می شود.

ویژگی بارز این تغییر کاهش شدید است مقاومت انتقال دیفرانسیل (رادیف ). بخش مربوط به مشخصه جریان-ولتاژ در شکل سمت راست (شاخه معکوس) نشان داده شده است. پس از شروع خرابی، افزایش جزئی ولتاژ معکوس با افزایش شدید جریان معکوس همراه است. در طول فرآیند شکست، جریان می تواند با یک ولتاژ معکوس ثابت و حتی کاهشی (در مقدار مطلق) افزایش یابد (در مورد دوم، مقاومت دیفرانسیل. رادیف منفی می شود).

خرابی اتفاق می افتد بهمن، تونل، حرارتی.معمولاً هر دو خرابی تونل و بهمن نامیده می شوند خرابی الکتریکی.

---