Joncțiune pn

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 15 mai 2022; verificările necesită 2 modificări .

pn - joncțiune sau joncțiune electron-gaură  - aria de contact a doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate - gaură ( p , din engleză  pozitiv  - pozitiv) și electronic ( n , din engleză  negativ  - negativ). Procesele electrice din joncțiuni pn stau la baza funcționării dispozitivelor semiconductoare cu o caracteristică curent-tensiune neliniară( diode , tranzistoare și altele).

Regiuni de încărcare spațială

Într -un semiconductor de tip p , care este obținut cu ajutorul unui dopant acceptor, concentrația de găuri este mult mai mare decât concentrația de electroni. Într -un semiconductor de tip n , care se obține prin intermediul unei impurități donor , concentrația de electroni este mult mai mare decât concentrația de găuri. Dacă se stabilește un contact între doi astfel de semiconductori, atunci va apărea un curent de difuzie  - purtătorii de sarcină principali (electroni și găuri) curg aleatoriu din zona în care sunt mai mulți dintre ei în zona în care sunt mai puțini și se recombină cu reciproc. Ca urmare, practic nu vor exista purtători de sarcină principale liberi (mobili) în apropierea graniței dintre regiuni, dar ionii de impurități cu sarcini necompensate vor rămâne [1] . Regiunea din semiconductorul de tip p , care este adiacentă graniței, primește o sarcină negativă adusă de electroni, iar regiunea limită din semiconductorul de tip n primește o sarcină pozitivă adusă de găuri (mai precis, pierde sarcina negativă). purtat de electroni).

Astfel, la limita semiconductorilor se formează două straturi cu sarcini spațiale de semn opus, generând un câmp electric în joncțiune . Acest câmp induce un curent de deriva în direcția opusă curentului de difuzie. În cele din urmă, se stabilește un echilibru dinamic între curenții de difuzie și de deriva , iar schimbarea sarcinilor spațiale se oprește. Zonele epuizate cu sarcini spațiale imobile se numesc pn - tranziție [2] .

Proprietăți redresor

Dacă straturilor semiconductoare se aplică o tensiune externă în așa fel încât câmpul electric creat de aceasta să fie îndreptat opus câmpului existent în joncțiune, atunci echilibrul dinamic este încălcat, iar curentul de difuzie prevalează asupra curentului de deriva, rapid. crescând cu creșterea tensiunii. O astfel de conexiune de tensiune la joncțiunea pn se numește polarizare directă ( un potențial pozitiv este aplicat regiunii de tip p în raport cu regiunea de tip n ).

Dacă se aplică o tensiune externă astfel încât câmpul creat de aceasta să fie în aceeași direcție cu câmpul din joncțiune, atunci aceasta va duce doar la o creștere a grosimii straturilor de încărcare spațială. Curentul de difuzie va scădea atât de mult încât va prevala un mic curent de deriva. O astfel de conexiune de tensiune la joncțiunea pn se numește polarizare inversă (sau polarizare de blocare), iar curentul total care curge prin joncțiune, care este determinat în principal de generarea termică sau de fotoni a perechilor electron-gaură, se numește curent invers.

Capacitate

Capacitatea joncțiunii pn este capacitatea sarcinilor de volum acumulate în semiconductori la joncțiunea pn și mai departe. Capacitatea unei joncțiuni pn este neliniară - depinde de polaritate și de valoarea tensiunii externe aplicate joncțiunii. Există două tipuri de capacități de joncțiune pn : barieră și difuzie [3] .

Capacitate de barieră

Capacitatea de barieră (sau de sarcină) este asociată cu o modificare a barierei de potențial din joncțiune și are loc cu o polarizare inversă. Este echivalentă cu capacitatea unui condensator plat, în care stratul de blocare servește drept strat dielectric, iar regiunile de joncțiune p și n servesc drept plăci. Capacitatea barierei depinde de aria joncțiunii și de permitivitatea relativă a semiconductorului.

Capacitatea de difuzie

Capacitatea de difuzie se datorează acumulării în regiunea de purtători minori (electroni în regiunea p și găuri în regiunea n ) în polarizarea directă. Capacitatea de difuzie crește cu tensiunea directă.

Expunerea la radiații

Interacțiunea radiațiilor cu materia este un fenomen complex. În mod convențional, se obișnuiește să se ia în considerare două etape ale acestui proces: primară și secundară.

Efectele primare sau directe constau în deplasarea electronilor (ionizare), deplasarea atomilor din rețelele, în excitarea atomilor sau a electronilor fără deplasare și în transformări nucleare datorate interacțiunii directe a atomilor unei substanțe (țintă) cu un flux de particule.

Efectele secundare constau în excitarea și distrugerea ulterioară a structurii de către electroni și atomi eliminați.

Excitarea electronilor cu formarea de perechi electron-gaură și procesele de deplasare a atomilor de cristal din site-urile rețelei merită cea mai mare atenție, deoarece aceasta duce la formarea de defecte în structura cristalului . Dacă se formează perechi electron-gaură în regiunea de încărcare a spațiului, aceasta duce la apariția unui curent la contactele opuse ale structurii semiconductoare. Acest efect este folosit pentru a crea surse de alimentare betavoltaice cu o durată de viață ultra-lungă (zeci de ani).

Iradierea cu particule încărcate de energie mare duce întotdeauna la ionizare primară și, în funcție de condiții, la deplasarea primară a atomilor. Când energiile înalte sunt transferate către electronii rețelei, se formează radiații delta, electroni de înaltă energie care se împrăștie din pista ionică, precum și fotoni și cuante de raze X. Când energiile inferioare sunt transferate atomilor din rețeaua cristalină, electronii sunt excitați și trec într-o zonă de energie superioară, în care electronii termolizează energia emitând fotoni și fononi (încălzire) de diferite energii. Cel mai comun efect de împrăștiere al electronilor și fotonilor este efectul Compton .

Metode de formare

Fuziunea impurităților

În timpul fuzionarii, un singur cristal este încălzit până la punctul de topire al impurităților, după care o parte a cristalului se dizolvă în topitura de impurități. La răcire, monocristalul recristalizează cu materialul impur. O astfel de tranziție se numește floatable .

Difuzia impurităților

Tehnologia de obținere a unei tranziții de difuzie se bazează pe metoda fotolitografiei . Pentru a crea o tranziție difuză, pe suprafața cristalului se aplică un fotorezist , o substanță fotosensibilă care este polimerizată prin iluminare. Zonele nepolimerizate sunt spălate, filmul de dioxid de siliciu este gravat , iar impuritatea este difuzată în placheta de siliciu prin ferestrele formate . O astfel de tranziție se numește plană .

Creștere epitaxială

Esența creșterii epitaxiale este descompunerea anumitor compuși chimici cu un amestec de dopanți pe un cristal. În acest caz, se formează un strat de suprafață, a cărui structură devine o continuare a structurii conductorului original. O astfel de tranziție se numește epitaxială [3] .

Aplicație

Context istoric

Este recunoscut oficial că joncțiunea pn a fost descoperită în 1939 de către fizicianul american Russell Ohl la Bell Labs [4] . În 1941, Vadim Lashkarev a descoperit o joncțiune pn bazată pe și în fotocelule și redresoare cu seleniu [5] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Teoria scurtă, 2002 .
  2. ↑ Electronics, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Tehnologia electronică. - Moscova: Traseu, 2003. - S. 28-30. — 290 p. — BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Focul de cristal: invenția tranzistorului și nașterea erei informației  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - SUA : W. W. Norton & Company, 1988. - P. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Arhivat pe 29 iulie 2020 la Wayback Machine
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. „Investigarea unui strat de barieră prin metoda termosondei” (PDF) . Ukr. J Phys. [ engleză ] ]. 53 (ediție specială): 53-56. ISSN  2071-0194 . Arhivat din original (PDF) la 28.09.2015. Parametrul depreciat folosit |url-status=( ajutor )

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice