Pn-korsning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 15 maj 2022; kontroller kräver 2 redigeringar .

pn - junction eller elektron-hole junction  - kontaktytan för två halvledare med olika typer av konduktivitet - hål ( p , från engelskan  positiv  - positiv) och elektronisk ( n , från engelskan  negativ  - negativ). Elektriska processer i pn -korsningar är grunden för driften av halvledarenheter med en icke-linjär ström-spänningskarakteristik ( dioder , transistorer och andra).

Rymdladdningsregioner

I en halvledare av p -typ , som erhålls med hjälp av ett acceptordopmedel , är koncentrationen av hål mycket högre än koncentrationen av elektroner. I en halvledare av n -typ , som erhålls med hjälp av en donatorförorening , är koncentrationen av elektroner mycket högre än koncentrationen av hål. Om en kontakt etableras mellan två sådana halvledare kommer en diffusionsström att uppstå  - huvudladdningsbärarna (elektroner och hål) flyter slumpmässigt från området där det finns fler av dem till området där det finns färre av dem, och rekombinerar med varandra. Som ett resultat kommer det praktiskt taget inga fria (mobila) huvudladdningsbärare att finnas nära gränsen mellan regionerna, men föroreningsjoner med okompenserade laddningar kommer att finnas kvar [1] . Området i halvledaren av p -typ , som ligger intill gränsen, tar emot en negativ laddning från elektroner, och gränsområdet i halvledaren av n -typ tar emot en positiv laddning från hål (mer exakt, den förlorar den negativa laddningen förs bort av elektroner).

Således bildas två lager med rymdladdningar av motsatt tecken vid gränsen för halvledare, vilket genererar ett elektriskt fält i korsningen . Detta fält inducerar en driftström i motsatt riktning mot diffusionsströmmen. Så småningom etableras en dynamisk jämvikt mellan diffusions- och driftströmmarna , och förändringen i rymdladdningar upphör. Utarmade områden med orörliga rymdladdningar kallas pn- transition [2] .

Likriktaregenskaper

Om en extern spänning appliceras på halvledarskikten på ett sådant sätt att det elektriska fältet som skapas av den riktas mot fältet som existerar i korsningen, då bryts den dynamiska jämvikten, och diffusionsströmmen råder över driftströmmen, snabbt ökar med ökande spänning. En sådan spänningsanslutning till pn- övergången kallas direkt förspänning ( en positiv potential appliceras på området p -typ i förhållande till området av n -typ).

Om en extern spänning appliceras så att fältet som skapas av den är i samma riktning som fältet i korsningen, kommer detta bara att leda till en ökning av tjockleken på rymdladdningsskikten. Diffusionsströmmen kommer att minska så mycket att en liten driftström kommer att råda. En sådan spänningsanslutning till pn- övergången kallas omvänd förspänning (eller låsförspänning), och den totala strömmen som flyter genom övergången, som huvudsakligen bestäms av termisk eller fotongenerering av elektronhålspar, kallas omvänd ström.

Kapacitet

Kapacitansen för pn- övergången är kapacitansen för volymladdningarna ackumulerade i halvledare vid pn- övergången och därefter. Kapacitansen för en pn -övergång är icke-linjär - den beror på polariteten och värdet på den externa spänningen som appliceras på korsningen. Det finns två typer av pn -övergångskapacitanser: barriär och diffusion [3] .

Barriärkapacitet

Barriärens (eller laddnings-) kapacitansen är associerad med en förändring i den potentiella barriären i korsningen och sker med en omvänd förspänning. Det är ekvivalent med kapacitansen för en platt kondensator, där blockeringsskiktet fungerar som det dielektriska skiktet, och p- och n -övergångsområdena fungerar som plattor. Barriärkapacitansen beror på korsningsarean och halvledarens relativa permittivitet.

Diffusionskapacitet

Diffusionskapacitansen beror på ackumuleringen i området av mindre bärare (elektroner i p -området och hål i n - området) i den framåtriktade förspänningen. Diffusionskapacitansen ökar med framspänningen.

Exponering för strålning

Interaktionen mellan strålning och materia är ett komplext fenomen. Konventionellt är det vanligt att överväga två steg i denna process: primär och sekundär.

Primära eller direkta effekter består i förskjutning av elektroner (jonisering), förskjutning av atomer från gitterplatser, i excitation av atomer eller elektroner utan förskjutning, och i kärntransformationer på grund av den direkta interaktionen mellan atomer av ett ämne (mål) med ett partikelflöde.

Sekundära effekter består i ytterligare excitation och förstörelse av strukturen av utslagna elektroner och atomer.

Excitationen av elektroner med bildandet av elektronhålspar och processerna för förskjutning av kristallatomer från gitterplatser förtjänar den största uppmärksamheten, eftersom detta leder till bildandet av defekter i kristallstrukturen . Om elektron-hålpar bildas i rymdladdningsområdet leder detta till uppkomsten av en ström vid motsatta kontakter av halvledarstrukturen. Denna effekt används för att skapa betavoltaiska nätaggregat med en ultralång livslängd (tiotals år).

Bestrålning med laddade partiklar med hög energi leder alltid till primär jonisering och, beroende på förhållandena, till den primära förskjutningen av atomer. När höga energier överförs till gitterelektroner bildas deltastrålning, högenergielektroner som sprids från jonspåret, samt fotoner och röntgenkvanta. När lägre energier överförs till atomer i kristallgittret exciteras elektroner och de passerar till en zon med högre energi, där elektroner termolyserar energi genom att sända ut fotoner och fononer (uppvärmning) av olika energier. Den vanligaste spridningseffekten av elektroner och fotoner är Compton-effekten .

Formationsmetoder

Fusion av föroreningar

Under smältningen värms en enkristall upp till föroreningssmältpunkten, varefter en del av kristallen löses upp i föroreningssmältan. Vid kylning omkristalliseras enkristallen med föroreningsmaterialet. En sådan övergång kallas flytbar .

Diffusion av föroreningar

Tekniken för att erhålla en diffusionsövergång är baserad på metoden fotolitografi . För att skapa en diffus övergång appliceras en fotoresist , en ljuskänslig substans som polymeriseras genom belysning, på kristallytan. De icke-polymeriserade områdena tvättas bort, kiseldioxidfilmen etsas och föroreningen sprids in i kiselskivan genom de bildade fönstren . En sådan övergång kallas plan .

Epitaxiell tillväxt

Kärnan i epitaxiell tillväxt är nedbrytningen av vissa kemiska föreningar med en blandning av dopämnen på en kristall. I detta fall bildas ett ytskikt, vars struktur blir en fortsättning på strukturen hos den ursprungliga ledaren. En sådan övergång kallas epitaxiell [3] .

Applikation

Historisk bakgrund

Det är officiellt erkänt att pn-korsningen upptäcktes 1939 av den amerikanske fysikern Russell Ohl vid Bell Labs [4] . År 1941 upptäckte Vadim Lashkarev en pn-korsning baserad på och i selenfotoceller och likriktare [ 5] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Kort teori, 2002 .
  2. ↑ Elektronik, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Elektronisk teknologi. - Moskva: Route, 2003. - S. 28-30. — 290 sid. — BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Kristalleld: uppfinningen av transistorn och födelsen av informationsåldern  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - USA: W. W. Norton & Company, 1988. - S. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Arkiverad 29 juli 2020 på Wayback Machine
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. "Undersökning av ett barriärskikt med termosondsmetoden" (PDF) . Ukr. J Phys. [ engelska ] ]. 53 (specialutgåva): 53-56. ISSN  2071-0194 . Arkiverad från originalet (PDF) 2015-09-28. Utfasad parameter används |url-status=( hjälp )

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger