ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Особенностью реальной характеристики является на-
личие тока на участке между туннельной и диффузионной
ветвями. Основной причиной существования отличного от
нуля тока I
v
является образование примесных зон из-за
большой концентрации донорных центров в n-
полупроводнике и акцепторных центров в p-
полупроводнике. Мелкие примесные уровни могут сливать-
ся с основными зонами. в результате переходов из примес-
ных зон возрастает ток I
v
, а U
v
увеличивается до значения
U=(ξ+η+E
d
+E
a
)/e, где E
d
и E
a
- ширина донорной и акцептор-
ной примесных зон, отсчитываемых от краев зоны проводи-
мости и валентной зоны соответственно. Кроме того, вклад
в ток I
v
дает увеличенная концентрация глубоких примесей.
При качественном рассмотрении вольтамперной ха-
рактеристики (рис.1) мы полагали, что выше уровня Ферми
электронов нет. В действительности при конечной темпера-
туре Т распределение Ферми f(E) размывается на величину
порядка тепловой энергии 2k
Б
Т. Кроме того, плотность
энергетических состояний g(E) неодинакова в зоне: вблизи
границы зоны уровни располагаются реже. Поэтому плот-
ность заполнения носителями заряда уровней энергетиче-
ской зоны описывается функцией распределения
n(E)=f(E)g(E) (1)
Ee график изображен на рис.3 как для электронов, так и для
дырок. Из приведенной схемы видно, что на рисунке отра-
жен случай, когда уровень Ферми в полупроводниках от-
стоит от краев зон на величину E
F
≈ µ
n
≈ µ
p
≈k
Б
Т.
Рис.3. Энергетическая схема вырожденного
полупроводника вблизи уровня Ферми
Ферми по обе стороны от (p-n)-перехода в отсутствие
внешнего напряжения: f(E)-вероятность заполнения элек-
тронами уровня с энергией E (функция Ферми), g(E)-
концентрация разрешенных энергетических уровней элек-
тронов (плотность состояний), n(E)=g(E)f(E)-концентрация
электронов на этих уровнях, p(E)-концентрация дырок (или
свободных уровней электронов), E
n
и E
p
-уровни Ферми.
Если на такой (p-n)-переход подать прямое напряже-
ние, то произойдет смещение зон. По достижении напряже-
ния U
v
ток через диод минимален, что соответствует совпа-
дению границ зоны проводимости E
c
и валентной зоны E
v
,
когда против занятых электронами уровней (справа) нахо-
дятся запрещенные энергетические состояния (слева). От-
сюда можно оценить положение уровней Ферми
e
U
v
η
ξ
+
≅
(2)
Если оба полупроводника вырождены одинаково, что прак-
Особенностью реальной характеристики является на-
личие тока на участке между туннельной и диффузионной
ветвями. Основной причиной существования отличного от
нуля тока Iv является образование примесных зон из-за
большой концентрации донорных центров в n-
полупроводнике и акцепторных центров в p-
полупроводнике. Мелкие примесные уровни могут сливать-
ся с основными зонами. в результате переходов из примес-
ных зон возрастает ток Iv, а Uv увеличивается до значения
U=(ξ+η+Ed+Ea)/e, где Ed и Ea- ширина донорной и акцептор-
ной примесных зон, отсчитываемых от краев зоны проводи-
мости и валентной зоны соответственно. Кроме того, вклад
в ток Iv дает увеличенная концентрация глубоких примесей.
При качественном рассмотрении вольтамперной ха-
рактеристики (рис.1) мы полагали, что выше уровня Ферми
электронов нет. В действительности при конечной темпера- Рис.3. Энергетическая схема вырожденного
туре Т распределение Ферми f(E) размывается на величину полупроводника вблизи уровня Ферми
порядка тепловой энергии 2kБТ. Кроме того, плотность
энергетических состояний g(E) неодинакова в зоне: вблизи Ферми по обе стороны от (p-n)-перехода в отсутствие
границы зоны уровни располагаются реже. Поэтому плот- внешнего напряжения: f(E)-вероятность заполнения элек-
ность заполнения носителями заряда уровней энергетиче- тронами уровня с энергией E (функция Ферми), g(E)-
ской зоны описывается функцией распределения концентрация разрешенных энергетических уровней элек-
n(E)=f(E)g(E) (1) тронов (плотность состояний), n(E)=g(E)f(E)-концентрация
Ee график изображен на рис.3 как для электронов, так и для электронов на этих уровнях, p(E)-концентрация дырок (или
дырок. Из приведенной схемы видно, что на рисунке отра- свободных уровней электронов), En и Ep-уровни Ферми.
жен случай, когда уровень Ферми в полупроводниках от- Если на такой (p-n)-переход подать прямое напряже-
стоит от краев зон на величину EF≈ µn ≈ µp ≈kБТ. ние, то произойдет смещение зон. По достижении напряже-
ния Uv ток через диод минимален, что соответствует совпа-
дению границ зоны проводимости Ec и валентной зоны Ev,
когда против занятых электронами уровней (справа) нахо-
дятся запрещенные энергетические состояния (слева). От-
сюда можно оценить положение уровней Ферми
ξ +η
Uv ≅
e (2)
Если оба полупроводника вырождены одинаково, что прак-
