ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Ne
eV
d
k
2
4
ε
=
В сильно легированных полупроводниках ширина перехода
может составлять около 100 Å.
При малых уровнях легирования (10
14
-10
17
см
-3
) по-
лупроводник не вырожден, и уровень Ферми лежит в за-
прещенной зоне. Когда концентрация примеси превышает
эффективные плотности состояний, уровень Ферми пере-
мещается в валентную зону (в случае акцепторной примеси)
либо в зону проводимости (при донорной примеси). Такой
полупроводник считается вырожденным. Например, в гер-
мании и кремнии n-типа вырождение начинается при кон-
центрации доноров порядка 2•10
19
см
-3
и 6•10
19
см
-3
соответ-
ственно (собственные концентрации носителей в чистом
германии и кремнии составляют 2,5-10
13
см
-3
и 1,5-10
10
см
-3
).
В туннельном диоде качественно меняется вид электронно-
го спектра полупроводника (см. рис. la). У полупроводника
n-типа на дне зоны проводимости появилась целая полоса,
занятая электронами, а в р-полупроводнике образовалась
полоса свободных состояний у потолка валентной зоны.
Сильно легированный полупроводник стал полуметаллом. У
всей системы образовался единый уровень Ферми - единая
граница свободных состояний.
В сильно легированных полупроводниках в области
узкого (p-n)-перехода становятся возможными туннельные
переходы электронов и поэтому такие диоды называются
туннельными (туннельный диод был изобретен в 1957 г.
японским физиком Л.Эсаки).
Для того, чтобы туннельный ток при небольших на-
пряжениях имел достаточную для измерения величину, не-
обходимо, чтобы (р-п)-переход был достаточно узким и с
обеих сторон перехода имелись изоэнергетические уровни,
между которыми возможны туннельные переходы. Для это-
го как р-, так и n-области диода должны был вырожденны-
ми. Необходимость этих условий становится понятной и:
рассмотрения энергетической диаграммы туннельного дио-
да при различных напряжениях смещения, приведенной на
рис 1.
В вырожденном полупроводнике уровень Ферми ле-
жит, как уже (отмечалось, в разрешенной зоне, в полупро-
воднике n-типа - в зоне проводимости, в полупроводнике р-
типа - в валентной зоне. Расстояние от уровня Ферми до
краев зон обозначим соответственно через
cn
E
−
=
µ
ξ
и
vp
E−
=
µ
η
. Для качественного рассмотрения будем счи-
тать, что все состояния, лежащие ниже уровня Ферми, за-
полнены электронами (на рисунке они заштрихованы), а
выше - свободны.
При отсутствии внешнего поля на (p-n) переходе
(рис.1а) уровни Ферми µ
n
и µ
p
лежат на одной горизонтали,
перекрытия свободных и занятых уровней в p- и n-областях
4eVk ε рассмотрения энергетической диаграммы туннельного дио-
d= да при различных напряжениях смещения, приведенной на
e2 N рис 1.
В сильно легированных полупроводниках ширина перехода
может составлять около 100 Å.
При малых уровнях легирования (1014-1017см-3) по-
лупроводник не вырожден, и уровень Ферми лежит в за-
прещенной зоне. Когда концентрация примеси превышает
эффективные плотности состояний, уровень Ферми пере-
мещается в валентную зону (в случае акцепторной примеси)
либо в зону проводимости (при донорной примеси). Такой
полупроводник считается вырожденным. Например, в гер-
мании и кремнии n-типа вырождение начинается при кон-
центрации доноров порядка 2•1019 см-3 и 6•1019 см-3 соответ-
ственно (собственные концентрации носителей в чистом
германии и кремнии составляют 2,5-1013см-3 и 1,5-1010см-3).
В туннельном диоде качественно меняется вид электронно-
го спектра полупроводника (см. рис. la). У полупроводника
n-типа на дне зоны проводимости появилась целая полоса,
занятая электронами, а в р-полупроводнике образовалась
полоса свободных состояний у потолка валентной зоны.
Сильно легированный полупроводник стал полуметаллом. У
всей системы образовался единый уровень Ферми - единая
граница свободных состояний. В вырожденном полупроводнике уровень Ферми ле-
В сильно легированных полупроводниках в области жит, как уже (отмечалось, в разрешенной зоне, в полупро-
узкого (p-n)-перехода становятся возможными туннельные воднике n-типа - в зоне проводимости, в полупроводнике р-
переходы электронов и поэтому такие диоды называются типа - в валентной зоне. Расстояние от уровня Ферми до
туннельными (туннельный диод был изобретен в 1957 г. краев зон обозначим соответственно через ξ = µ n − Ec и
японским физиком Л.Эсаки). η = µ p − Ev
Для того, чтобы туннельный ток при небольших на- . Для качественного рассмотрения будем счи-
пряжениях имел достаточную для измерения величину, не- тать, что все состояния, лежащие ниже уровня Ферми, за-
обходимо, чтобы (р-п)-переход был достаточно узким и с полнены электронами (на рисунке они заштрихованы), а
обеих сторон перехода имелись изоэнергетические уровни, выше - свободны.
между которыми возможны туннельные переходы. Для это- При отсутствии внешнего поля на (p-n) переходе
го как р-, так и n-области диода должны был вырожденны- (рис.1а) уровни Ферми µn и µp лежат на одной горизонтали,
ми. Необходимость этих условий становится понятной и: перекрытия свободных и занятых уровней в p- и n-областях
