Физические основы микроэлектроники. Собственная и примесные электропроводимости полупроводников

Структура кристаллической
Решётки чистого кремния
Термогенерация пар
электрон (ni) – дырка (pi)

nn = nд + ni - основные подвижные носители заряда (электроны)
pn = pi - не основные подвижные носители заряда (дырки)
nд = +NД - неподвижный положительно заряженный ион донора.
nn ˃˃ pn
Зонная диаграмма (а) и распределение электронов по энергетическим уровням (б) полупроводника n типа.
Структура полупроводника с донорными примесями (элемент 5-ой группы Сурьма).

Структура полупроводника с акцепторными примесями (с элементами 3-й группы - индий).
pp= pa + pi - основные подвижные носители заряда (дырки)
np = ni - неосновные подвижные носители заряда (электроны)
nд = -Na - неподвижный отрицательно заряженный ион акцептора.
pp ˃˃ np

Электронно-дырочный p-n переход и основные его свойства.
Начальная стадия образования
p –n перехода
p –n переход при отсутствии внешнего напряжения
Зонная диаграмма p –n перехода, иллюстрирующая баланс
токов в равновесном состоянии
Наличие градиента концентраций основных носителей на границе раздела обуславливает появление
I диф= (Ip диф + In диф ). При этом на границе раздела появляется не скомпенсированный объёмный заряд (+) в n области (- ) в p области и запирающее электрическое поле Ез, которое в свою очередь вызывает дрейфовый ток неосновных носителей
I др = (Ip др + In др ), направленный встречно I диф В результате чего устанавливается динамическое равновесие когда Ipn= I диф - I др = 0 , характеризуемое определённой величиной Ез; Δ φк ; δ.

Прямое включение p –n перехода.
Зонная диаграмма прямого смещения p –n перехода, иллюстрирующая дисбаланс токов.
Прямое включение

Обратное смещение p –n перехода.
При Uвн˂ 0 ↑ Епр = Ез + Евн; ↑ φк = Δ φк +Uвн; ↑δ′; ↓I диф ≈ 0; ↑I др ≈ I0.
Ipn = (Ip диф + In диф ) – (Ip др + In др ) = – (Ip др + In др ) = - I0 ,
т.к. I диф. ≈ 0, а ток I0 мал (ед. мА) и называется тепловым током .
Обратное включение

ВАХ «p-n» перехода I пер = f (Uвн.)
Общий вид вольт-амперных характеристик «p-n» перехода .

Основные свойства p-n перехода.