Injecția este un fenomen fizic observat în homo- și heterojoncțiunile semiconductoarelor , în care atunci când un curent electric este trecut în direcția înainte printr-o joncțiune pn , se creează concentrații mari de purtători de sarcină neechilibrați ("injectați") în regiunile adiacente joncțiunea . Fenomenul de injecție este o consecință a scăderii înălțimii barierei de potențial din joncțiunea pn atunci când i se aplică o tensiune directă.
Fenomenul de injecție stă la baza funcționării multor dispozitive semiconductoare : diode, tranzistoare bipolare, tiristoare, diode de tranzit de injecție, LED-uri și lasere de injecție cu semiconductor.
O caracteristică a fenomenului de injectare în heterojoncții este posibilitatea observării fenomenului de suprainjecție , în care concentrația de purtători injectați poate depăși concentrația de dopanți în regiunea din care are loc injecția. Acest fenomen este esențial important pentru funcționarea laserelor cu injecție cu semiconductori .
La o temperatură suficient de ridicată, când atomii de impurități sunt aproape complet ionizați, în regiunea n dopată cu donatori cu o concentrație de N d , concentrația purtătorilor majoritari ( electroni ) este egală cu n n ≈ N d . Deoarece concentrațiile de electroni n și găurile p într-un semiconductor nedegenerat sunt legate prin relația n p = n i [1] , unde n i este concentrația intrinsecă a purtătorilor de sarcină, concentrația purtătorilor minoritari (găuri) în regiunea n este egal cu p n = n i 2 / n n și n n ≫ n i ≫ p n .
În regiunea de tip p dopată cu acceptori cu o concentrație de Na , concentrația în găuri este egală cu p p ≈ Na , în același timp, concentrația de electroni este n p = n i 2 / p p , în timp ce p p ≫ n i ≫ n p .
Distribuția concentrațiilor de electroni și găuri în joncțiunea pn în absența curentului este prezentată în figura din dreapta. După cum se poate observa, concentrația de găuri în regiunea găurilor p p (purtători majori) este constantă și mare. În regiunea de tranziție, aceasta scade cu multe ordine de mărime și ia o valoare mică p n în regiunea n (purtători minoritari). În mod similar, concentrația de electroni se modifică de la o valoare mare a n n în regiunea n la o valoare mică a n p în regiunea p.
În starea de echilibru (la tensiune de polarizare zero), înălțimea barierei de potențial V bi este stabilită astfel încât fluxurile purtătorului de sarcină care curg prin joncțiunea pn în ambele direcții să fie exact compensate. De exemplu, fluxul de electroni care se deplasează din regiunea n-în regiunea p din cauza difuziei și depășirea barierei de potențial este egal cu fluxul de electroni minoritari care sunt generați în regiunea p și, apropiindu-se de joncțiunea pn, sunt atrași. de câmpul electric în regiunea n. Același lucru este valabil și pentru găuri.
Dacă acum se aplică o tensiune de polarizare joncțiunii pn, atunci echilibrul va fi perturbat, fluxurile vor fi necompensate și curentul electric va curge prin joncțiune . În acest caz, valoarea curentului va depinde de semnul tensiunii aplicate.
Luați în considerare ce se va întâmpla cu curenții de difuzie și de deriva dacă se aplică o polarizare externă pozitivă la joncțiunea pn. La U>0, găurile din regiunea p se vor precipita către regiunea n, unde vor deveni purtători minoritari. Deoarece p p > p n , aceste găuri se vor recombina cu electronii. Totuși, datorită caracterului finit al duratei de viață a găurii τ p , recombinarea nu va avea loc imediat, prin urmare, într-o regiune din afara tranziției, concentrația găurii va rămâne mai mare decât p n . În același timp, concentrația de electroni în regiunea n va crește, de asemenea, deoarece electroni suplimentari vor intra din electrod pentru a compensa încărcătura spațială a găurilor de intrare. În mod similar, electronii se vor muta în regiunea p, devenind purtători minoritari acolo și se vor recombina treptat cu găuri. Prin urmare, concentrația de electroni va crește și în stânga tranziției și va crește și concentrația de găuri, care vor intra din electrodul din stânga pentru a compensa încărcătura spațială a electronilor.
Astfel, injecția constă în creșterea concentrației de purtători ai ambelor semne pe ambele părți ale tranziției, adică în apariția unor regiuni cvasi-neutre de conductivitate crescută . [unu]