Короткі теоретичні відомості. Дiод із p-n-переходом включає один p-n-перехiд та зовнiшнi електроди, що мають невипрямляючi контакти метал-напiвпровiдник до областей n- та p- типу

Діоди із p-n-переходом

 

Дiод із p-n-переходом включає один p-n-перехiд та зовнiшнi електроди, що мають невипрямляючi контакти метал-напiвпровiдник до областей n- та p- типу. Графічне позначення дiода і його технологічну структуру зображено на рис. 3.1

Висоту потенціального бар’єра на p-n-переході за умов рівноваги розраховують за формулою

 

U0 = = ,   (3.1)

 

де NA, ND – концентрації акцепторної і донорної домішок в областях переходу; ppo, nno – концентрації основних носіїв в областях p- та n-типу за умов рівноваги; k – стала Больцмана (1,38 10-23 Дж/К); T – температура К; q – заряд електрона (1,602.10-19 Кл); ni – концентрація носіїв у власному напівпровіднику (за 300 К ni Si = 1,5.1016 м-3, ni Ge = 2,12.1019 м-3, ni As = 8,94.1012 м-3); kT/q = UT і для 300 К UT 0,026 В. За визначених умов для переходу база – емітер U0 = 0,7…0,85 В, для переходу база-колектор U0 = 0,6…0,7 В.

Висоту потенціального бар’єра за умов зовнішнього зміщення визначають за виразом:

= U0 U. (3.2)

 

За прямого зовнішнього зміщення діода висота потенцiального бар’єра p-n-переходу буде зменшена на величину зовнішньої напруги, а за зворотного зовнішнього зміщення діода висота потенцiального бар’єра на p-n-переходi дiода буде збільшена на величину зовнішньої напруги.

За умов рівноваги з обох боків від «металургійної» межі переходу завжди буде однакова величина заряду. Якщо xpo та xno – глибини проникнення збідненого шару за умов рівноваги відповідно в p- та n- області, то

 

NAxpo = NDxno. (3.3)

 

Діоди інтегрованих мікросхем створюють на p – n – переходах транзисторів (рис. 3.2.). P-n-переходи можуть бути ступiнчатi і плавнi. Якщо створювати дiод на p-n-переходi база – емiтер iнтегрованого транзистора, то для цього дiода досить близькою буде модель ступiнчатого переходу. Якщо будемо створювати дiод на основi p-n-переходу база – колектор iнтегрованого транзистора, то для нього близькою буде модель плавного лiнiйного переходу.

Плавнi лiнiйнi p-n-переходи зустрiчаються в мiкросхемах за умови, якщо рiзниця мiж концентрацiєю акцепторiв i донорiв (або навпаки) пiдпорядковується лiнiйному закону

 

NA – ND = - kг x , (3.4)

 

де kг – градієнт різниці концентрацій акцепторної та донорної домішок.

P-n-переходи подiляють на симетричнi та несиметричнi. Для симетричних NA @ ND, але вони застосовуються рiдко, оскільки є труднощi їх виготовлення. Несиметричнi p-n-переходи мають рiзницю в концентрацiях в 10…1000 разів.

Концентрацію неосновних носіїв на границях області просторового заряду за умов прямого зміщення визначають за законом p-n-переходу

 

np(- xp) = npoexp , pn (xn) = pno exp ,   (3.5)

 

де U – напруга прямого зміщення p-n-переходу.