Электронно-дырочный переход: методы формирования и применение
Электронно-дырочный переход — это область, в которой соприкасаются два полупроводника с разными типами проводимости: дырочной и электронной.
Электрические процессы, происходящие в электронно-дырочном переходе, являются основой работы полупроводниковых приборов с нелинейной вольтамперной характеристикой (диоды, транзисторы и другие). В полупроводниках р-типа, получаемых в результате акцепторной примеси, концентрация дырок значительно больше, чем концентрация электронов. В полупроводниках n-типа, получаемых посредством донорной примеси, концентрация электронов превышает концентрацию дырок. В месте контакта таких полупроводников возникает диффузный электрический ток — электроны и дырки, являющиеся основными носителями заряда, хаотично перемещаются из области, где их больше, в ту область, где их меньше, таким образом рекомбинируя друг с другом. Из-за этого на границе между областями почти отсутствуют подвижные носители электрического заряда, но при этом присутствуют ионы примеси с некомпенсированными зарядами. Область в р-проводнике, примыкающая к границе, получает отрицательный заряд (переносимый электронами), а пограничная область n-полупроводника получает положительный заряд, который приносится дырками. Таким образом на границе полупроводников образуются два слоя с пространственными зарядами с разными знаками, которые порождают электрическое поле. Это способствует возникновению дрейфового тока в направлении противоположном диффузному. Между ними, про прошествии некоторого времени, возникает динамическое равновесие, приводящее к прекращению изменения пространственных зарядов.
Существуют три основных способа формирования электронно-дырочного перехода:
- вплавление,
- диффузия примесей,
- эпитаксиальное наращивание.
В основе технологии диффузии примесей находится такой метод, как фотолитография. Она подразумевает создание диффузионного перехода при помощи нанесения на поверхность кристалла фоторезиста, который полимеризируется засвечиванием. Затем осуществляется травление пленки диоксида кремния и в получившееся окно производят диффузию примеси в кремниевую пластину. При вплавлении примеси монокристалл нагревается до температуры, при которой примесь плавится, в результате чего часть его растворяется в ее расплаве. В результате охлаждения происходит рекристаллизация монокристалла с примесью. Суть эпитаксиального наращивания заключается в разложении химических соединений с примесью легирующих веществ.
Электронно-дырочный переход используется в работе:
- Стабисторов.
- Диодов.
- Тиристоров.
- Варикапов.
- Фотодиодов.
- Транзисторов.
- Бетавольтаических источников питания.
- Pin диодов.
- Светодиодов.
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковый диод — это электронный прибор, который изготовлен из полупроводникового материала и имеет два вывода.
Пример схемы кремниевого диода изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема кремниевого диода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В большинстве случаев, полупроводниковые диоды используются для выпрямления, преобразования и модуляции электрических сигналов. Принцип их работы заключается в следующем: электрический ток начинает воздействовать на катод, подогреватель накаливается, а электрод испускает электроны. Между электродами образовывается электрическое поле. Если анод обладает положительным потенциалом, то он притягивает к себе электроны, а образовавшееся поле выступает в роли катализатора этого процесса. Если потенциал анода слишком слаб, то между электродами возникает пространственный отрицательный заряд. В этом случае некоторым электронам не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они двигаются обратно к катоду. Электроны, достигшие анода, определяют основные параметры катодного электрического тока, то есть он полностью зависит от анодного положительного потенциала. Электроны, попавшие на анод, являются составляющими анодного тока, показатели которого в полупроводниковых диодах всегда соответствуют параметрам катодного тока. В некоторых случаях оба показателя могут быть нулевыми, причиной этому является обладание анода отрицательным зарядом. Поле, в этом случае, не ускоряет частицы, а тормозит, возвращая их на катод, а диод остается запертым и размыкается. Полупроводниковые диоды классифицируются по:
- Размеру перехода. По данному признаку различают микросплавные, плоскостные и точечные диоды.
- Частотному диапазону. По данному признаку различают низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды.
- Конструкции. По данному признаку различают варикапы, стабисторы, стабилитроны, СВЧ-диоды, фотодиоды, светодиоды, диоды Ганна и другие.
- Назначению. По данному признаку различают генераторные, умножительные, настроечные, выпрямительные, параметрические, импульсные, смесительные, детекторные и другие диоды.
