Złącze p-n

STRONA GŁÓWNA

 

WSTĘP I ZASADA DZIAŁANIA
 

ZŁĄCZE P-N
 

BUDOWA DETEKTORÓW

  detektor jednostronny

  detektor dwustronny

 

ZASTOSOWANIE

 

LITERATURA



Złącze p-n utworzone jest przez dwie graniczące ze sobą warstwy typu p i typu n półprzewodnika monokrystalicznego. W warstwie typu p istnieją ujemne nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki akceptorowej oraz dodatnie ładunki ruchomych dziur (nośniki większościowe). Ponadto jest jeszcze niewielka liczba elektronów (nośniki mniejszościowe). W warstwie typu n istnieją dodatnie, nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki donorowej oraz ujemne ładunki ruchomych elektronów (nośniki większościowe). Ponadto jest jeszcze niewielka liczba dziur (nośniki mniejszościowe). Obie warstwy osobno są obojętne elektrycznie.

 

 

Po połączeniu następuje dyfuzja elektronów z warstwy n do warstwy p oraz dziur z warstwy p do n. Zjawisko dyfuzji zachodzi wskutek dużej różnicy koncentracji ruchomych nośników ładunku w obu warstwach.

 

 

 

Przepływ elektronów w obszarze granicznym warstwy n powoduje powstanie nieskompensowanych ładunków dodatnich nieruchomych centrów donorowych. Analogicznie w obszarze granicznym warstwy p pozostają nieskompensowane ładunki ujemne nieruchomych centrów akceptorowych. W obszarze granicznym warstw powstaje warstwa dipolowa ładunku, wytwarzająca pole elektryczne przeciwdziałające dyfuzji nośników większościowych. Warstwa ta nazywana jest również warstwą zaporową lub warstwą ładunku przestrzennego. Zaś napięcie wytworzone w obszarze granicznym złącza nosi nazwę napięcia dyfuzyjnego lub zwany jest barierą potencjału. Chaotyczny ruch elektronów i dziur może sprawić, że znajdą się one w obszarze warstwy zabronionej. Zostaną one natychmiast przechwycone przez pole elektryczne, istniejące w tej warstwie, i uniesione do obszaru przeciwnego typu zgodnie z kierunkiem działającego pola elektrycznego.

 

Polaryzacja złącza p-n.

Model złącza p-n wygodnie jest podzielić na trzy obszary o różnych właściwościach elektrofizycznych. Dwa obszary obojętnie elektrycznie (typu N i typu P) oraz obszar ładunku przestrzennego tj. warstwa zaporowa. Ze względu na małą koncentrację ruchomych nośników ładunku rezystancja warstwy zaporowej będzie miała dominujący wpływ na kształt charakterystyki prądowo-napięciowej złącza p-n. Można przedstawić model  takiego złącza w postaci trzech rezystorów: dwie rezystancje szeregowe obszarów obojętnych elektrycznie typu N i typu P oraz rezystancja nieliniowa warstwy zaporowej.

Pod wpływem przyłożonego napięcia powstaje obwód elektryczny, w którym prawie cały spadek napięcia następuje w warstwie zaporowej. Warstwa zaporowa niespolaryzowanego złącza rozciąga się na około 100-10000Å wokół obszaru przejściowego, w której gęstość nośników jest znacznie niższa od gęstości w odległych, praktycznie jednorodnych obszarach złącza. Właśnie ta obniżona gęstość nośników powoduje wyższą rezystancje w warstwie zubożonej.

 

 

W taki sposób powstają dwa strumienie prądu unoszenia nośników mniejszościowych, skierowane przeciwnie do dwu strumieni prądu dyfuzji nośników większościowych.

Sumaryczny prąd płynący przez złącze niespolaryzowane musi być równy zero, a ładunek przestrzenny musi mieć wartość ustaloną. Oba te warunki są spełnione, gdy prąd dyfuzji jest równy prądowi unoszenia oddzielnie dla dziur i elektronów:

(Jpd-gęstość prądu dyfuzji dziur; Jpn- gęstość prądu unoszenia dziur; Jnd- gęstość prądu dyfuzji elektronów; Jnu- gęstość prądu unoszenia elektronów)

 

powyższy tekst i rysunki pochodzi z literatury [1]