P-N переход

1.

P-N переход

2.

Основные и неосновные носители
заряда
Р область
Основные – дырки, концентрация
np
Неосновные электроны
N область
nn
Основные –электроны
pn
Неосновные дырки
pp

3.

N
P
Ein
Возникает диффузионный ток дырок из P –области
в N- область I p (основные носители)
и диффузионный ток электронов из N –области
в P- область I n (основные носители)

4.

dp
I p 0 eDp S
dx
Dp
S
dp
dx
Диффузионный ток дырок
Коэффициент диффузии дырок
Площадь перехода
Градиент концентрации дырок

5.

dn
I n 0 eDn S
dx
Dn
S
dn
dx
Диффузионный ток
электронов
Коэффициент диффузии
электронов
Площадь перехода
Градиент концентрации
электронов

6.

На границе возникает электрическое поле,
препятствующее движению основных
носителей
• Под действием возникшего электрического
поля появляется дрейфовый ток
неосновных носителей заряда
I nдрейф S n Ein Se n n p Ein
I pдрейф S p Ein Se p pn Ein

7.

• В состоянии равновесия суммарный ток
через переход равен 0
I p 0 I n 0 I pдрейф I nдрейф

8.

Диаграмма перехода при равновесии
P
Ec
N
Ec
EFn
EFp
EV
EV

9.

СОЕДИНИМ ДВА ПОЛУПРОВОДНИКА
ПРИ РАВНОВЕСИИ ПОЛОЖЕНИЕ УРОВНЯ ФЕРМИ
ВЫРАВНИВАЕТСЯ
P
Ec
N
e k
EFp
Ec
EFn
EV
k
EV
КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ –на
границе

10.

P
Ec
EFp
N
np
e k
nn
Ec
EFn
EV
EV

11.

P
Ec
N
np
e k
nn
Ec
EFp
EFn
EV
EV
pp
pn

12.

• В равновесном состоянии через переход
течет ток неосновных носителей заряда

13.

Прямое смещение P-N перехода
N
P
Ein
Eout
+
U -
E Ein Eout
Потенциальный барьер понижается

14.

Потенциальный барьер понижается
N
P
Ec
EFp
EV
e k U
Ec
eU
EFn
EV

15.

• Для основных носителей заряда
потенциальный барьер понижается
• Ток неосновных носителей не меняется
• Основных значительно больше – прямой
ток определяется основными носителями
заряда

16.

• Ток основных носителей увеличивается по
сравнению с равновесным
I осн I p 0 I n 0 e
eU
kT
• Ток неосновных носителей не меняется
I неосн I pдрейф I nдрейф I p 0 I n 0

17.

• Суммарный ток при прямом включении
I I осн I неосн I p 0 I n 0 e
eU
kT
I p0 I n0
eU
I p 0 I n 0 e kT 1
eU
I 0 e kT 1

18.

Обратное смещение P-N перехода
N
P
Ein
Eout
U
-
+
E Ein Eout
Потенциальный барьер повышается

19.

Потенциальный барьер повышается
P
N
Ec
e k U
Ec
EFp
EV
eU
EFn
EV

20.

• Для основных носителей заряда
потенциальный барьер повышается,
немногие могут преодолеть потенциальный
барьер
• Ток неосновных носителей не меняется
• Обратный ток определяется неосновными
носителями заряда

21.

• Ток основных носителей уменьшается по
сравнению с равновесным
I осн I p 0 I n 0 e
eU
kT
• Ток неосновных носителей не меняется
I неосн I pдрейф I nдрейф I p 0 I n 0

22.

• Суммарный ток при обратном включении
I I осн I неосн I p 0 I n 0 e
eU
kT
I p 0 I n0
eU
I p 0 I n 0 e kT 1
eU
I 0 e kT 1
I0

23.

Вольт- амперная характеристика
I
I0

24.

Свойства p-N перехода
• Выпрямляющее – ток в прямом
направлении много больше тока в
обратном направлении
• При повышении температуры
концентрация неосновных носителей
резко возрастает, а основных не
меняется (количество примеси)
• Выпрямляющие свойства исчезают
при 75°С для Ge и 150°С для Si

25.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА
• Возникновение поперечной разности
потенциалов в металле или
полупроводнике с током во внешнем
магнитном поле

26.

Fл q V B
V
Fл

27.

• Под действием силы Лоренца
электроны отклоняются на переднюю
грань , а дырки – на заднюю
• Возникает поперечное электрическое
поле с напряженностью EН
• Сила Лоренца уравновешивается
силой Кулона

28.

eEH eVB
EH VB
U H EH b VBb
UH
b
Холловская разность потенциалов
Толщина образца

29.

• По закону Ома
j E
j Плотность тока
en электропроводность
n
Концентрация носителей
заряда
Подвижность

30.

j E
E V
en E enV
скорость
j I 1
V
en S en

31.

1
b
U H VBb
IB
en
S
Учтем, что не все электроны движутся с
одинаковыми скоростями и механизмы
рассеяния тоже разные
A
b
UH
IB
en
S

32.

A
R
en
Постоянная Холла
A Определяется механизмом
рассеяния
A 1 В металлах
A 1.18 В атомных кристаллах
A 1.93 В решетках с ионизированными
примесями

33.

• Если носители заряда двух типов
A p p n n
R
2
e p n
p
n
2
2
• Если собственный полупроводник
A p n
R
e p n

34.

• По знаку эдс Холла можно определить тип
носителей заряда в полупроводнике