Электронно-дырочный переход

Основные типы p–n-переход. Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости носит название p–n-перехода. Создать p–n-переходы можно различными способами. Эти способы позволяют создать самые разнообразные по своей структуре p–n-переходы.

По характеру структуры p–n-переходы подразделяются на резкие и плавные, симметричные и несимметричные. В резких p–n-переходах концентрация доноров и акцепторов скачкообразно изменяются на границе слоя с различным типом проводимости. Резкие p–n-переходы представляют собой предельный случай более распространенного класса плавных переходов, в которых градиент концентрации примесей является конечным. В симметричных переходах концентрация примесей и концентрация основных носителей в обеих областях одинаковы. Наибольшее распространение получили сильно несимметричные переходы, у которых pp >> nn или nn >> pp.

В современной твердотельной электронике нашли большое применение плавные переходы с градиентов концентрации примеси, изменяющимся в широком диапазоне. Такие p–n-переходы могут быть сформированы, например, диффузией примеси в полупроводник.

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца. ЭДС индукции. Электронный механизм возникновения индукционного тока в металлах. Явление электромагнитной индукции было открыто в 1831г. Майклом Фарадеем (Faraday M., 1791-1867), установившим, что в любом замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток, названный им индукционным. Величина индукционного тока не зависит от способа, которым вызывается изменение потока магнитной индукции , но определяется скоростью ее изменения, то есть значением . При изменении знака меняется также направление индукционного тока.

1.2.2. Образование переходов методом диффузии.

Диффузия из источника бесконечной мощности (неограниченного поверхностного источника) вглубь полупроводника. В данном случае распределение концентрации примеси в полупроводнике в направлении оси x определяется соотношением

  , (1.11)

где N0 – концентрация примеси в источнике диффузанта; D – коэффициент диффузии атомов примеси в полупроводнике; t – время диффузии; erfc – функция дополнения к интегралу ошибок Гаусса.

,

где .

Для большинства практически важных случаев величина z заключена в интервале от 2 до 3. Пример распределения акцепторной примеси в полупроводнике n-типа проводимости показан на рис. 1.

Рис. 1. Распределение донорной и акцепторной примесей

 

В точке x = x0 (глубина залегания p–n-перехода) проводимость меняет свой тип.

Для практически важного случая, когда

ND << N0A

можно получить

  . (1.12)

Если ND = 1014 см-3 и N0A = 1020 см-3, то

.

Градиент концентрации примесей при данном распределении может быть найден из выражения

 [см-4],

где .

Диффузия из источника ограниченной мощности. В этом случае концентрация диффузанта в источнике уменьшается с течением времени по закону Гаусса:

 , (1.13)

где h – толщина слоя, из которого идет диффузия.

В приближении, когда , можно использовать распределение, значительно упрощающее расчеты

, (1.14)

где α – показатель экспоненты, аппроксимирующей распределение атомов примесей диффузанта, [см-1].

Распределение акцепторной примеси для рассмотренных видов диффузии в полупроводнике n-типа проводимости показано на рис. 2.

Коэффициент диффузии определяется свойствами полупроводника, диффузанта и температурой:

Рис. 2. Распределение примесей при образовании

 p–n-переходов методом диффузии

 

. (1.15)

Константу D0 можно определить из уравнения Лангмюра – Дэшмена:

 , (1.16)

где a – постоянная решетки; E – энергия активации; NA – число Авогадро; h – постоянная Планка.

Пользуясь формулами для расчета концентраций диффузанта, следует учитывать, что вследствие существования предела растворимости диффузанта в основном веществе N0 не может быть выше этой предельной растворимости.

Из рис. 2 следует, что величину α можно определить из соотношения

 [см-1].

При известной величине α глубина залегания p–n-перехода определяется из условия N(x) = ND.

Градиент концентрации примесей при данном распределении определяется как

 [см-4].

Развивая гипотезу о квантах, Альберт Эйнштейн выдвинул корпускулярную теорию излучения, в которой электромагнитное излучение представлялось как поток частиц, названных фотонами. Фотонная теория излучения смогла объяснить явления квантовой оптики. В дальнейшем идея корпускулярно-волнового дуализма была обобщена на все материальные объекты в природе, что привело к созданию квантовой физики.
Лабораторные работы по оптоэлектронике Квантовая физика