Pn kryds

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. maj 2022; checks kræver 2 redigeringer .

pn - junction eller elektron-hole junction  - kontaktområdet for to halvledere med forskellige typer ledningsevne - hul ( p , fra engelsk  positiv  - positiv) og elektronisk ( n , fra engelsk  negativ  - negativ). Elektriske processer i pn -junctions er grundlaget for driften af ​​halvlederenheder med en ikke-lineær strøm-spændingskarakteristik ( dioder , transistorer og andre).

Rumladningsområder

I en p - type halvleder , som opnås ved hjælp af et acceptordopant , er koncentrationen af ​​huller meget højere end koncentrationen af ​​elektroner. I en n - type halvleder , som opnås ved hjælp af en donorurenhed , er koncentrationen af ​​elektroner meget højere end koncentrationen af ​​huller. Hvis der etableres en kontakt mellem to sådanne halvledere, så vil der opstå en diffusionsstrøm - hovedladningsbærerne  (elektroner og huller) strømmer tilfældigt fra det område, hvor der er flere af dem til det område, hvor der er færre af dem, og rekombinerer med hinanden. Som følge heraf vil der praktisk talt ikke være frie (mobile) hovedladningsbærere nær grænsen mellem regionerne, men urenheder med ukompenserede ladninger vil forblive [1] . Området i p -type halvlederen , som støder op til grænsen, modtager en negativ ladning bragt af elektroner, og grænseområdet i n - type halvlederen modtager en positiv ladning bragt af huller (mere præcist, den mister den negative ladning båret væk af elektroner).

Således dannes to lag med rumladninger af det modsatte fortegn ved grænsen af ​​halvledere, der genererer et elektrisk felt i krydset . Dette felt inducerer en driftstrøm i retning modsat diffusionsstrømmen. Til sidst etableres en dynamisk ligevægt mellem diffusions- og driftstrømmene , og ændringen i rumladninger stopper. Udtømte områder med ubevægelige rumladninger kaldes pn - overgang [2] .

Ensretteregenskaber

Hvis der påføres en ekstern spænding til halvlederlagene på en sådan måde, at det elektriske felt, der skabes af det, rettes modsat det felt, der eksisterer i krydset, så bliver den dynamiske ligevægt krænket, og diffusionsstrømmen vinder hurtigt over driftstrømmen. stigende med stigende spænding. En sådan spændingsforbindelse til pn- overgangen kaldes direkte bias ( et positivt potentiale påføres p -type-området i forhold til n - type-området).

Hvis der påføres en ekstern spænding, så feltet skabt af den er i samme retning som feltet i krydset, så vil dette kun føre til en forøgelse af tykkelsen af ​​rumladningslagene. Diffusionsstrømmen vil falde så meget, at der vil være en lille afdriftsstrøm. En sådan spændingsforbindelse til pn- forbindelsen kaldes omvendt bias (eller låseforspænding), og den samlede strøm, der løber gennem krydset, som hovedsageligt bestemmes af termisk eller fotongenerering af elektron-hul-par, kaldes omvendt strøm.

Kapacitet

Kapacitansen af ​​pn- forbindelsen er kapacitansen af ​​volumenladninger, der er akkumuleret i halvledere ved pn- forbindelsen og videre. Kapacitansen af ​​en pn -forbindelse er ikke-lineær - den afhænger af polariteten og værdien af ​​den eksterne spænding, der påføres krydset. Der er to typer pn -junction kapacitanser: barriere og diffusion [3] .

Barrierekapacitet

Barriere (eller ladning) kapacitans er forbundet med en ændring i den potentielle barriere i krydset og forekommer med en omvendt bias. Det svarer til kapacitansen af ​​en flad kondensator, hvor det blokerende lag tjener som det dielektriske lag, og p- og n -forbindelsesområderne tjener som pladerne. Barrierekapacitansen afhænger af forbindelsesområdet og halvlederens relative permittivitet.

Diffusionskapacitet

Diffusionskapacitansen skyldes akkumuleringen i området af mindre bærere (elektroner i p -området og huller i n - området) i den fremadgående bias. Diffusionskapacitansen stiger med fremadspænding.

Udsættelse for stråling

Interaktionen mellem stråling og stof er et komplekst fænomen. Konventionelt er det sædvanligt at overveje to faser af denne proces: primær og sekundær.

Primære eller direkte virkninger består i forskydning af elektroner (ionisering), forskydning af atomer fra gittersteder, i excitation af atomer eller elektroner uden forskydning og i nukleare transformationer på grund af den direkte interaktion mellem atomer af et stof (mål) med en partikelflux.

Sekundære effekter består i yderligere excitation og ødelæggelse af strukturen af ​​udslettede elektroner og atomer.

Excitationen af ​​elektroner med dannelsen af ​​elektron-hul-par og processerne med forskydning af krystalatomer fra gittersteder fortjener den største opmærksomhed, da dette fører til dannelsen af ​​defekter i krystalstrukturen . Hvis der dannes elektron-hul-par i rumladningsområdet, fører dette til fremkomsten af ​​en strøm ved modsatte kontakter af halvlederstrukturen. Denne effekt bruges til at skabe betavoltaiske strømforsyninger med en ultralang levetid (tivis af år).

Bestråling med ladede partikler med høj energi fører altid til primær ionisering og, afhængig af forholdene, til den primære forskydning af atomer. Når høje energier overføres til gitterelektroner, dannes deltastråling, højenergielektroner, der spredes fra ionsporet, samt fotoner og røntgenkvanter. Når lavere energier overføres til atomer i krystalgitteret, exciteres elektroner, og de passerer til en højere energizone, hvor elektroner termolyserer energi ved at udsende fotoner og fononer (opvarmning) af forskellige energier. Den mest almindelige spredningseffekt af elektroner og fotoner er Compton-effekten .

Dannelsesmetoder

Fusion af urenheder

Under smeltning opvarmes en enkelt krystal til urenhedssmeltepunktet, hvorefter en del af krystallen opløses i urenhedssmelten. Ved afkøling omkrystalliserer enkeltkrystallen med urenhedsmaterialet. En sådan overgang kaldes flydende .

Diffusion af urenheder

Teknologien til at opnå en diffusionsovergang er baseret på metoden fotolitografi . For at skabe en diffus overgang påføres en fotoresist , et lysfølsomt stof, der polymeriseres ved belysning, på krystaloverfladen. De ikke-polymeriserede områder vaskes af, siliciumdioxidfilmen ætses , og urenheden diffunderer ind i siliciumwaferen gennem de dannede vinduer . Sådan en overgang kaldes plan .

Epitaksial vækst

Essensen af ​​epitaksial vækst er nedbrydningen af ​​visse kemiske forbindelser med en blanding af dopingmidler på en krystal. I dette tilfælde dannes et overfladelag, hvis struktur bliver en fortsættelse af strukturen af ​​den oprindelige leder. En sådan overgang kaldes epitaksial [3] .

Ansøgning

Historisk baggrund

Det er officielt anerkendt, at pn-krydset blev opdaget i 1939 af den amerikanske fysiker Russell Ohl ved Bell Labs [4] . I 1941 opdagede Vadim Lashkarev et pn-kryds baseret på og i selenfotoceller og ensrettere [5] .

Se også

Noter

  1. ↑ Kort teori, 2002 .
  2. ↑ Elektronik, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Elektronisk teknologi. - Moskva: Rute, 2003. - S. 28-30. — 290 s. — BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Krystalild: opfindelsen af ​​transistoren og informationsalderens fødsel  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - USA: W. W. Norton & Company, 1988. - S. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Arkiveret 29. juli 2020 på Wayback Machine
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. "Undersøgelse af et barrierelag ved termoprobe-metoden" (PDF) . Ukr. J Phys. [ engelsk ] ]. 53 (særtryk): 53-56. ISSN  2071-0194 . Arkiveret fra originalen (PDF) 2015-09-28. Forældet parameter brugt |url-status=( hjælp )

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger