Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности

Контакт полупроводников с одним типом проводимости, но с разной концентрацией легирующих примесей часто встречается в электронных полупроводниковых приборах. Его обозначают (р+)-р или (n+)-n контактом или переходом. Знаком "плюс" отмечается полупроводник с большей концентрацией легирующих примесей, p⁺-p и n⁺-n переходы делают в полупроводнике при изготовлении омических контактов электронных приборов.

В контактах между полупроводниками одного типа проводимости носители заряда из области с большей концентрацией легирующей примеси переходят в область с меньшей концентрацией. В результате в области с повышенной концентрацией примесей нарушается компенсация зарядов ионизированных атомов примеси, а в соседней области полупроводника создается избыток основных носителей зарядов.

Образование этих зарядов приводит к появлению на переходе собственного электрического поля и контактной разности потенциалов, которую для (р+)-р перехода можно определить следующим образом:

,        (1)

контактная разность потенциалов для (n+)-n перехода вычисляется по следующей формуле:

.        (2)

В этих переходах не образуется слой с малой концентрацией носителей зарядов, и их сопротивление определяется в основном сопротивлением низкоомной области. Поэтому при прохождении тока непосредственно на контакте падает небольшое напряжение и выпрямительные свойства этих переходов не проявляются. В p⁺-p и n⁺-n переходах отсутствует инжекция неосновных носителей из низкоомной области в высокоомную.

Если к n⁺-n переходу подключен источник тока плюсом к n-области, а минусом к n⁺-области, то из n⁺-области в n-область будут переходить электроны, являющиеся в ней основными носителями зарядов. При изменении полярности внешнего напряжения из n⁺-области в n-область должны инжектироваться дырки, однако их концентрация мала, и этого не происходит.

Рисунок 1. Внутреннее устройство полупроводникового диода

Промежуточное положение между p⁺-p- или n⁺-n- и p-n переходом занимают p-i и n-i переходы. Такие переходы образуются между двумя пластинами полупроводникового материала, одна из которых имеет электронную или дырочную электропроводность, а другая — собственную. На рисунке 2 показаны энергетическая диаграмма и изменение концентраций электронов и "дырок" на границе двух областей полупроводника с p- и i областями.

Рисунок 2. Энергетическая диаграмма p-i перехода

Из-за разности концентраций носителей зарядов в p- и i-областях происходит инжекция дырок из р-области в i-область и электронов из i-области в р-область. Из-за малой величины инжекционной составляющей электронного тока потенциальный барьер на границе перехода создается неподвижными отрицательными ионами акцепторов р-области и избыточными дырками i-области, диффундирующими в нее из р-области. Так как p_p0 >> p_i, то глубина распространения запирающего слоя в i-области значительно больше, чем в р-области. Этим часто пользуются при создании электронных приборов, например, mHEMT транзисторов.

Дата последнего обновления файла 23.08.2020

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
3. Батушев В. А. Электронные приборы. — М.: Высшая школа, 1980. — 383 с.
4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
5. Леонов В.П. Введение в физику и технологию элементной базы ЭВМ и компьютеров: Учебное пособие. — Томск: Изд-во НТЛ, 2008. — 264 с.
6. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015. — 224 с.

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.