Головна

Гомо- і гетеропереходи

  1. Гетеропереходи першого і другого типів.

гомопереход - Пов про р-п-перехід, утворений зміною концентрації домішки в одному напівпровідниковому матеріалі. енергетичні діаграми р-п-переходу для прямого і зворотного напруги показані на рис. 13.

Рівні Фермі в р- и n-область на відміну розташовуються на різній висоті, так що інтервал між ними дорівнює q | U |, тобто пропорційний прикладеній напрузі. Зміщення меж зони провідності пропорційно висоті потенційного бар'єру і становить

,

де  - Потенційний бар'єр при прямій напрузі (U> 0);

 - Контактна різниця потенціалів;

q - Заряд електрона

і пояснює співвідношення дифузійних і дрейфовий потоків носіїв в переході.

При прямій напрузі через зниження потенційного бар'єру порушується рівність дифузійного і дрейфового потоків як дірок, так і електронів: дифузний потік дірок з р-області в п-область переважає над зустрічним дрейфовим потоком дірок з п-області, а дифузія електронів з п-області в р-область - над зустрічним дрейфом електронів з р-області. В результаті відбувається збільшення концентрації неосновних носіїв поза переходом в р- и побластях. Цей процес називається инжекцией неосновних носіїв.

При зворотній напрузі через збільшення потенційного бар'єру відбувається ослаблення дифузійних потоків в порівнянні зі станом рівноваги. Вже при порівняно невеликому зворотному напрузі (порядку десятих часток вольта) дифузний потік стає настільки малим, що дрейфові потоки починають переважати над дифузійними. В результаті дрейфу неосновних носіїв відбувається зменшення концентрацій неосновних носіїв біля кордонів переходу: електронів в р-області і дірок в п-області. Це явище називається екстракцією (виведенням) неосновних носіїв.

гетеропереходів називають перехід, утворений напівпровідниками різної фізико-хімічної природи, тобто напівпровідниками з різною шириною забороненої зони. Прикладами гетеропереходов можуть бути переходи германій - кремній, германій - арсенід галію, арсенід галію - фосфід галію та ін.


Для отримання гетеропереходов з мінімальним числом дефектів на межі поділу кристалічна решітка одного напівпровідника повинна з мінімальними порушеннями переходити в кристалічну решітку іншого. У зв'язку з цим напівпровідники, використовувані для створення гетеропереходів, повинні мати ідентичні кристалічні структури і близькі значення постійної решітки. Гетеропереходи, утворені напівпровідниками з різною шириною забороненої зони, можливі не тільки як переходи між напівпровідниками р- і п-типу, але також і між напівпровідниками з одним типом електропровідності: р+ або п+-п.

Розглянемо енергетичну (зонний) діаграму гетеропереходу між напівпровідником п-типу з широкою забороненою зоною і напівпровідником р-типу з вузькою забороненою зоною (рис. 14). На рис. 14апоказани енергетичні діаграми вихідних напівпровідників. За початок відліку енергії (нуль) прийнята енергія електрона, що знаходиться у вакуумі. величини А1 и А2 позначають термодинамічні роботи виходу електрона (від рівня Фермі), а и  - Справжні роботи виходу з напівпровідника в вакуум, звані електронною спорідненістю напівпровідників (Від межі зони провідності).

При створенні контакту між двома напівпровідниками рівні Фермі поєднуються (вирівнюються). Це може бути (на відміну від енергетичної діаграми гомоперехода) привести до появи розривів в зоні провідності EС і в валентної зоні EVяк показано на рис. 2 б. У зоні провідності величина розриву обумовлена ??різницею дійсних робіт виходу електронів з р- и п-полупроводніков:

EС= - ,

а у валентній зоні крім цього - ще й нерівністю значенні енергії EV. Тому потенційні бар'єри для електронів і дірок будуть різними: потенційний бар'єр для електронів в зоні провідності менше, ніж для дірок у валентній зоні.

При подачі прямого напруги потенційний бар'єр для електронів зменшиться і електрони з n-напівпровідника инжектируются в р-напівпровідник. Потенційний бар'єр для дірок в р-області також зменшиться, але все ж залишається досить великим, так що інжекція дірок з р-області в n-область практично відсутня.

У гомопереходах відношення струмів інжекції дірок і електронів можна змінити, лише роблячи різними концентрації основних носіїв в областях, тобто різними концентрації домішок. Якщо концентрація акцепторів в р-області багато більше концентрації донорів в n-області (Nа>> Nд), То і струм інжекції дірок Iр буде багато більше струму інжекції електронів In (Ip>> In). У багатьох приладах використовують р-п-переходить, наприклад, в біполярних транзисторах потрібно сильна асиметрія струмів. Однак збільшення концентрації домішок (в даному випадку акцепторів) є технологічна межа, пов'язаний з наявністю граничної концентрації домішок яку можна ввести в напівпровідник ( «гранична розчинність»). Крім того, зі збільшенням концентрації домішок одночасно з'являється велика кількість дефектів, що погіршують параметри р-п-переходу.

Гетеропереходи дозволяють виключити ці недоліки гомоперехода і отримати практично односторонню инжекцию носіїв заряду навіть при однакових концентраціях домішок в областях. Однак серйозною проблемою на шляху реалізації переваг гетеропереходов є наявність технологічних труднощів створення бездефектной кордону в гетероперехідах.

 




Частина 1. Оптико-електронні прилади, їх класифікація | Класифікація оптико-електронних приладів (ОЕП) | Основні енергетичні і світлові характеристики випромінювання | джерела випромінювання | світловипромінюючі діоди | лазерні діоди | Характеристики джерел випромінювання | Узагальнена структурна схема ОЕП | Методи амплітудних вимірів, Прилади з одним оптичним каналом | Методи амплітудних вимірів, Прилади з двома оптичними каналами |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати