P-n-переход в полупроводниках

1. P-n-переход в полупроводниках. Вольтамперная характеристика p-n-перехода

P-N-ПЕРЕХОД В
ПОЛУПРОВОДНИК
АХ.
ВОЛЬТАМПЕРНАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
P-N-ПЕРЕХОДА
Сарвенхуй Дмитрий
Алексеевич 1051

2. Историческая справка:

ИСТОРИЧЕСК
АЯ СПРАВКА:
1931 Алан Уилсон: Зонная теория.
1949 Уильям Шокли: Уравнение идеального
диода (Нобелевская премия 1956).
Актуальность:
P-n-переход — основа 90% электроники
(диоды, транзисторы, солнечные батареи,
светодиоды).

3. Типы проводимости

ТИПЫ
ПРОВОДИМОС
ТИ
N-тип (Доноры):
Примесь: Фосфор (P), Мышьяк (As).
Основные носители: Электроны (↑).
Ионы: неподвижные (+).
P-тип (Акцепторы):
Примесь: Бор (B), Алюминий (Al), Индий (In).
Основные носители: Дырки (⊕).
Ионы: неподвижные (–).

4. Образование перехода (4 этапа)

ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕХОДА (4
ЭТАПА)
•Контакт: Соединение p и n областей.
•Диффузия: Дырки (p→n), Электроны (n→p).
•Рекомбинация: Исчезновение носителей в
приграничной зоне (образование обедненного
слоя).
•Встроенное поле (EвстрEвстр​): От n к p. Создает
потенциальный барьер (φkφk​).

5. Контактная разность потенциалов (Формула)

КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
(ФОРМУЛА)

6. Прямое смещение (Open)

ПРЯМОЕ СМЕЩЕНИЕ (OPEN)
• Физика:
1. Внешнее поле ​направлено против встречного.
2. Барьер снижается (φk–Uφk–U).
3. Инжекция носителей через переход.
4. Ток резко растет (экспоненциально).

7. Уравнение Шокли (Идеальная ВАХ)

УРАВНЕНИЕ ШОКЛИ (ИДЕАЛЬНАЯ ВАХ)

8. Обратное смещение (Close)

ОБРАТНОЕ
СМЕЩЕНИЕ
(CLOSE)
Внешнее поле совпадает со
встречным​.
Барьер растет (φk+∣U∣φk+∣U∣).
Диффузия основных носителей
запрещена.
Течет только тепловой ток
неосновных носителей (I0I0).

9. Механизмы пробоя (3 типа)

МЕХАНИЗМЫ ПРОБОЯ (3
ТИПА)
•Лавинный (обратимый):
•Причина: Ударная ионизация атомов быстрыми
носителями.
•Применение: Высоковольтные диоды.
•Туннельный (Зинера, обратимый):
•Причина: Квантовое туннелирование через узкий переход.
•Применение: Стабилитроны (источники опорного
напряжения).
•Тепловой (необратимый):
•Причина: Перегрев из-за обратного тока.
•Результат: Разрушение кристалла.

10. Температурная зависимость

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
• Ключевая проблема электроники:
• Прямая ветвь (UпрUпр): Падает при нагреве.
• ТКН ≈ -2 мВ/°C (используется для датчиков температуры).
• Обратный ток (I0I0): Растет экспоненциально.
• Удваивается каждые 6-8°C (для кремния).
• Следствие: При перегреве диод теряет вентильные свойства.

11. Идеальный vs Реальный переход

ИДЕАЛЬНЫЙ VS РЕАЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД

12. Заключение и практика

ЗАКЛЮЧЕНИ
ЕИ
ПРАКТИКА
•P-n-переход — «вентиль» для тока.
•ВАХ описывается экспонентой Шокли.
•Главные недостатки: зависимость от температуры и
наличие паразитных емкостей.