мещаются в среднем на некоторое расстояние - диффузионную длину L.

Время жизни, диффузионная длина, коэффициент диффузии D и подвижность носителей заряда р связаны соотношениями:

Ер, п - \Dp п Тр, п.

-Л

-р. п--- М-р. п-

(1.4) (1.5)

Перемещение подвижных носителей в полупроводнике под действием приложенного внешнего напряжения сопровождается многочисленными столкновениями их с атомами

Подвижные электроны

Подбижные дырки Рис. 1.1. Зоиная диаграмма полупроводника.

Кристаллической.решетки. В промежутках между столкновениями электроны приобретают энергию от электрического поля, а при столкновении ее теряют.

В результате электрон движется с некоторой скоростью, которая тем больше, чем выше напряженность электрического поля.

Подвижность носителей заряда рр, „ (равная скорости, приобретаемой ими в электрическом поле с единичной напряженностью) зависит от температуры, концентрации примесей и от других факторов. Соответственно изменение подвижности влияет на величину электропроводности.

При качественном и количественном анализе полупроводников и полупроводниковых приборов обычно используются так называемые зонные диаграммы (рис. 1.1). На них горизонтальными линиями изображаются уровни энергии электронов. Чем больше энергия электронов, тем выше рас-

полагается линия. Линия Еу - верхняя граиица (потолок) валентной зоны, Ее - нижняя граница (дно) зоны проводимости. Уровни энергий электронов, связанных с донор-ными и акцепторными атомами примесей, изображаются горизонтальными прямыми Ед и £а соответственно. Расстояния Ее - Ец и Еа - Еу малы. Энергии теплового движения при комнатной температуре достаточно, чтобы перевести электроны с уровня Ец в зону проводимости или из валентной зоны на уровни Е.

Количество подвижных носителей заряда в полупроводнике при данной температуре определяется положением так называемого уровня Ферми Ер (рис. 1.1).

Положение уровня Ер находят из соотношения

Ep = iL±-\n (1.6)

где пир - концентрации свободных электронов и дырок.

Для собственного полупроводника уровень Ер проходит через середину запрещенной зоны. В электронном или дырочном полупроводнике он лежит соответственно в верхней или нижней половине запрещенной зоны.

В так называемых «вырожденных» полупроводниках, т. е. в полупроводниках с очень большой концентрацией примесей, обусловливающих их высокую электропроводность, уровень Ферми находится внутри валентной зоны или в зоне проводимости.

В состоянии термодинамического равновесия уровень Ферми одинаков как для разных областей одного и того же полупроводника, так и для двух (или более)контактирующих между собой полупроводников.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ р-п ПЕРЕХОДА

Электронно-дырочным или р-п переходом называется область между двумя частями полупроводника с проводимо-стями типов п и р. Механизм образования р-п перехода рассмотрен в работах [1-5]. Образующийся в области пере-

хода потен11иальный барьер характеризуется контактной разностью потенциалов, равной

Ф„ = 1п = -1п-. (1.8)

где Рр, п„-концентрации основных, а р„, - концентрации неосновных носителей заряда.

Если к областям пир приложено внешнее напряжение, то оно почти полностью падает на р-п переходе вследствие его большого сопротивления.

Если внешнее напряжение таково, что оно уменьшает величину потенциального барьера в р-п переходе (к области р подключен положительный полюс источника), то величина диффузионного тока основных носителей заряда резко возрастает. Диффузионный ток растет экспоненциально с уменьшением высоты потенциального барьера, т. е. с ростом приложенного внешнего напряжения. При отрицательном потенциале на полупроводнике типа р увеличивается высота потенциального барьера, диффузионный ток также резко падает. Величина тока неосновных носителей заряда меняется незначительно с изменением внешнего напряжения.

Таким образом р-п структура обладает несимметричной вольтамперной характеристикой: при одной полярности приложенного напряжения через нее проходит большой ток (ток в прямом, пропускном направлении), при другой полярности проходит незначительный обратный ток.

Несимметричностью вольтамперной характеристики такого же типа обладают не только р-п переходы, но и контактные соединения металл-полупроводник..

Электронно-дырочные переходы (или переходы других типов), используемые в полупроводниковых приборах, включаются во внешнюю электрическую цепь с помощью специальных невыпрямляющих (омических) контактов, к которым присоединены внешние выводы. Эти контакты имеют линейную вольтамперную характеристику в диапазоне рабочих напряжений и токов полупроводникового прибора. Свойства приборов во многом определяются характером и расположением невыпрямляющих контактов.

Электронно-дырочный переход, р- и п-части которого имеют омические контакты для включения во внешнюю цепь, представляет собой полупроводниковый диод.