Pn křižovatka

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 15. května 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

pn - přechod nebo přechod elektron-díra  - oblast kontaktu dvou polovodičů s různými typy vodivosti - díra ( p , z angličtiny  pozitivní  - pozitivní) a elektronická ( n , z angličtiny  negativní  - negativní). Elektrické procesy v pn -přechodech jsou základem pro činnost polovodičových součástek s nelineární proudově-napěťovou charakteristikou ( diody , tranzistory a další).

Oblasti vesmírného náboje

V polovodiči typu p , který se získává pomocí akceptorového dopantu, je koncentrace děr mnohem vyšší než koncentrace elektronů. V polovodiči typu n , který se získává pomocí donorové nečistoty, je koncentrace elektronů mnohem vyšší než koncentrace děr. Pokud dojde ke kontaktu mezi dvěma takovými polovodiči, vznikne difúzní proud  - hlavní nosiče náboje (elektrony a díry) náhodně proudí z oblasti, kde je jich více, do oblasti, kde je jich méně, a rekombinují se s navzájem. V důsledku toho nebudou v blízkosti hranice mezi regiony prakticky žádné volné (mobilní) hlavní nosiče náboje, ale zůstanou ionty nečistot s nekompenzovanými náboji [1] . Oblast v polovodiči typu p , která sousedí s hranicí, přijme záporný náboj přivedený elektrony a okrajová oblast v polovodiči typu n přijme kladný náboj přivedený dírami (přesněji řečeno, ztratí negativní náboj unášeny elektrony).

Na rozhraní polovodičů se tak vytvoří dvě vrstvy s prostorovými náboji opačného znaménka, které generují elektrické pole v přechodu . Toto pole indukuje driftový proud ve směru opačném k difúznímu proudu. Nakonec se ustaví dynamická rovnováha mezi difúzním a driftovým proudem a změna vesmírných nábojů se zastaví. Vyčerpané oblasti s nehybnými vesmírnými náboji se nazývají pn - přechod [2] .

Vlastnosti usměrňovače

Pokud je na polovodičové vrstvy přivedeno vnější napětí tak, že jím vytvořené elektrické pole směřuje opačně k poli existujícímu v přechodu, pak je dynamická rovnováha narušena a difúzní proud rychle převládne nad proudem driftovým. rostoucí s rostoucím napětím. Takové napěťové připojení k pn přechodu se nazývá přímé předpětí ( kladný potenciál je aplikován na oblast typu p vzhledem k oblasti typu n ).

Pokud je aplikováno vnější napětí tak, že jím vytvořené pole je ve stejném směru jako pole v přechodu, pak to povede pouze ke zvětšení tloušťky vrstev prostorového náboje. Difúzní proud se sníží natolik, že převládne malý driftový proud. Takové napěťové připojení k pn přechodu se nazývá zpětné předpětí (neboli blokovací předpětí) a celkový proud protékající přechodem, který je určen především tepelným nebo fotonovým generováním párů elektron-díra, se nazývá zpětný proud.

Kapacita

Kapacita pn přechodu je kapacita objemových nábojů akumulovaných v polovodičích na pn přechodu a mimo něj. Kapacita pn přechodu je nelineární - závisí na polaritě a hodnotě vnějšího napětí přivedeného na přechod. Existují dva typy kapacit pn -přechodu: bariérové ​​a difúzní [3] .

Kapacita bariéry

Bariérová (nebo nábojová) kapacita je spojena se změnou potenciálové bariéry ve spoji a dochází k ní s obráceným předpětím. Je ekvivalentní kapacitě plochého kondenzátoru, ve kterém blokovací vrstva slouží jako dielektrická vrstva a oblasti přechodu p a n slouží jako desky. Bariérová kapacita závisí na ploše přechodu a relativní permitivitě polovodiče.

Difúzní kapacita

Difúzní kapacita je způsobena akumulací v oblasti vedlejších nosičů (elektrony v oblasti p a otvory v oblasti n ) v dopředném předpětí. Difúzní kapacita se zvyšuje s propustným napětím.

Vystavení záření

Interakce záření s hmotou je složitý jev. Obvykle je obvyklé uvažovat o dvou fázích tohoto procesu: primární a sekundární.

Primární neboli přímé účinky spočívají ve vytěsnění elektronů (ionizace), vytlačení atomů z míst mřížky, v excitaci atomů nebo elektronů bez posunutí a v jaderných přeměnách v důsledku přímé interakce atomů látky (cíle) s tok částic.

Sekundární efekty spočívají v dalším buzení a destrukci struktury vyřazenými elektrony a atomy.

Největší pozornost si zaslouží excitace elektronů s tvorbou párů elektron-díra a procesy vytěsňování krystalových atomů z míst mřížky, protože to vede ke vzniku defektů v krystalové struktuře . Pokud se v oblasti prostorového náboje vytvoří páry elektron-díra, vede to ke vzniku proudu na opačných kontaktech polovodičové struktury. Tento efekt se využívá k vytvoření betavoltaických napájecích zdrojů s ultra dlouhou životností (desítky let).

Ozařování nabitými částicemi o vysoké energii vždy vede k primární ionizaci a v závislosti na podmínkách k primárnímu přemístění atomů. Při přenosu vysokých energií na mřížkové elektrony vzniká delta záření, vysokoenergetické elektrony, které se rozptylují z iontové stopy, a také fotony a rentgenová kvanta. Při přenosu nižších energií na atomy krystalové mřížky jsou elektrony excitovány a přecházejí do vyšší energetické zóny, ve které elektrony termolyzují energii emitováním fotonů a fononů (zahříváním) různých energií. Nejběžnějším rozptylovým efektem elektronů a fotonů je Comptonův jev .

Formovací metody

Fúze nečistot

Při tavení se monokrystal zahřeje na teplotu tání nečistoty, načež se část krystalu rozpustí v tavenině nečistoty. Po ochlazení monokrystal rekrystalizuje s nečistotou. Takový přechod se nazývá plovoucí .

Difúze nečistot

Technologie získání difúzního přechodu je založena na metodě fotolitografie . Pro vytvoření difúzního přechodu se na povrch krystalu nanese fotorezist , fotocitlivá látka, která se polymeruje osvětlením. Nezpolymerované oblasti se smyjí, film oxidu křemičitého se vyleptá a nečistota difunduje do křemíkového plátku vytvořenými okénky . Takový přechod se nazývá rovinný .

Epitaxní růst

Podstatou epitaxního růstu je rozklad určitých chemických sloučenin s příměsí dopantů na krystal. V tomto případě vzniká povrchová vrstva, jejíž struktura se stává pokračováním struktury původního vodiče. Takový přechod se nazývá epitaxní [3] .

Aplikace

Historické pozadí

Oficiálně se uznává, že pn-křižovatka byla objevena v roce 1939 americkým fyzikem Russellem Ohlem v Bellových laboratořích [4] . V roce 1941 objevil Vadim Lashkarev pn-přechod na bázi a v selenových fotočláncích a usměrňovačích [5] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Stručná teorie, 2002 .
  2. ↑ Elektronika, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Elektronická technologie. - Moskva: Route, 2003. - S. 28-30. — 290 str. — BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Křišťálový oheň: vynález tranzistoru a zrod informačního věku  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - USA : W. W. Norton & Company, 1988. - S. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Archivováno 29. července 2020 na Wayback Machine
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. „Zkoumání bariérové ​​vrstvy metodou termosondy“ (PDF) . Ukr. J Phys. [ angličtina ] ]. 53 (zvláštní vydání): 53-56. ISSN  2071-0194 . Archivováno z originálu (PDF) dne 28.09.2015. Použitý zastaralý parametr |url-status=( nápověda )

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích