- •Введение
- •1. Физические основы работы приборов твердотельной электроники
- •1.1. Зонная структура полупроводников
- •1.2. Собственные и примесные полупроводники
- •1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
- •1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •1.6. Определение положения уровня Ферми
- •1.7. Проводимость полупроводников
- •1.8. Токи в полупроводниках
- •1.9. Неравновесные носители. Генерация и рекомбинация носителей
- •1.10. Уравнение непрерывности
- •1.11. Электрические поля в кристаллах
- •2. Контактные явления
- •2.1. Разновидности электрических переходов и контактов
- •2.2. Электронно-дырочный переход
- •Равновесия
- •2.2.2. Контактная разность потенциалов
- •2.2.3. Ширина p-n-перехода
- •2.2.4. Прямое включение р-n-перехода
- •2.2.5. Уровень инжекции
- •2.2.6. Обратное включение р-n-перехода
- •2.2.7. Теоретическая вольт-амперная характеристика
- •2.2.8. Вольт-амперная характеристика реального
- •2.2.9. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода в полулогарифмических координатах
- •2.2.10. Пробой р-п-перехода
- •2.2.11. Емкость p-n-перехода
- •2.2.12. Переходные процессы в p-n-переходах
- •2.2.13. Частотные свойства p-n-перехода
- •2.2.14. Эквивалентные схемы р-п-перехода
- •2.2.15. Влияние температуры на свойства
- •2.3. Разновидности электрических переходов
- •2.3.1. Гетеропереходы
- •2.3.2. Контакт полупроводников с одним типом электропроводности
- •2.3.3. Контакт металл – полупроводник. Барьер Шоттки
- •2.3.4. Омические контакты
- •2.3.5. Явления на поверхности полупроводников
- •3.2. Область пространственного заряда в равновесных условиях
- •3.3. Приповерхностная область пространственного заряда
- •3.4. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в идеальной
- •3.5. Вольт-фарадные характеристики идеальной
- •3.5.1. Емкость области пространственного заряда
- •3.5.2. Емкость мдп-структур
- •3.6. Компоненты заряда в реальном диоксиде кремния и их влияние на вфх мдп-структуры
- •3.7. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в реальной
- •3.8. Определение параметров мдп-структур на основе анализа c-V характеристик
- •4. Полупроводниковые диоды
- •4.1. Методы изготовления полупроводниковых диодов
- •4.2. Выпрямительные диоды
- •4.3. Варикапы
- •4.4. Стабилитроны
- •4.5. Туннельный и обращенный диоды
- •4.6. Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
- •4.7. Импульсные диоды
- •5. Биполярные транзисторы
- •5.1. Структура и основные режимы работы
- •5.2. Схемы включения транзистора
- •5.3. Основные физические процессы в биполярных транзисторах
- •5.4. Модуляция сопротивления базы
- •5.5. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •Как четырехполюсник
- •5.6. Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •5.7. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой
- •5.8. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером
- •5.9. Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- •5.9.1. Система z-параметров
- •5.9.2. Система y-параметров
- •5.9.3. Система h-параметров
- •5.10. Частотные и импульсные свойства транзисторов
- •6. Тиристоры
- •6.1. Структура и принцип действия
- •6.2. Основные параметры тиристоров
- •6.3. Феноменологическое описание вах динистора
- •6.4. Способы включения и выключения тиристоров
- •7. Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью
- •7.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •7.3. Эффект смещения подложки
- •7.4. Эквивалентная схема мдп‑транзистора
- •7.5. Подпороговые характеристики мдп-транзистора
- •7.6. Приборы с зарядовой связью
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.11. Электрические поля в кристаллах
На характеристики и свойства полупроводниковых приборов заметно влияет электрическое поле, которое возникает в результате создания в кристалле разности потенциалов от внешнего источника напряжения («внешнее» поле) или неравномерного распределения зарядов в кристалле за счет неравномерного распределения примеси («встроенное» поле).
Электрическое поле и его связь с зарядом описывается уравнением Пуассона
(1.44)
где Е - напряженность электрического поля, E = grad; - электростатический потенциал; - относительная диэлектрическая проницаемость среды; 0 - диэлектрическая проницаемость вакуума; об - плотность объемного заряда, определяемая концентрациями электронов, дырок, доноров, акцепторов:
об = q(p + Nd - n - Na). (1.45)
В одномерном случае, когда напряженность электрического поля меняется вдоль оси х (приближение справедливо для большинства типов приборов), уравнение Пуассона имеет вид
. (1.46)
Основная система уравнений для анализа работы полупроводниковых приборов определяет статику и динамику поведения носителей тока в полупроводниках, которые находятся под действием внешних полей. Основная система уравнений состоит из пяти уравнений: два уравнения плотности токов, два уравнения непрерывности и уравнение Пуассона. Эту систему уравнений часто называют фундаментальной системой уравнений (ФСУ) физики полупроводниковых приборов. В одномерном приближении ФСУ принимает вид:
;
;
;
;
.
2. Контактные явления
2.1. Разновидности электрических переходов и контактов
Основным элементом структуры большинства полупроводниковых приборов является электрический переход. Электрический переход – это переходный слой между областями твердого тела с различными типами проводимости или различными значениями удельной электрической проводимости.
Переход между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность p-типа, а другая n-типа называют электронно-дырочным или p-n-переходом.
Переходы между двумя областями с одним типом электропроводности (n- или p-типом), отличающиеся концентрацией примесей и соответственно значением удельной проводимости, называют изотипными переходами: электронно-электронными (n+-n-переход) или дырочно-дырочными (p+-p-переход). Термином n+ и p+- обозначают сильнолегированные области, следовательно, слои n+ и p+ имеют меньшее удельное сопротивление, поэтому большую удельную проводимость.
Переходы, образованные в одном полупроводниковом материале, например германии, кремнии, арсениде галлия, называют гомопереходами.
Переходы между двумя полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны, называют гетеропереходами.
Если одна из областей, образующих переход, является металлом, а другая полупроводником, то такие переходы называют переходом металл-полупроводник или переходом Шоттки.
К электрическим переходам относят также структуру металл – диэлектрик – полупроводник (МДП), в которой между металлом и полупроводником расположен тонкий слой диэлектрика.
По функциональному назначению электрические переходы делят на выпрямляющие, электрическое сопротивление которых при одном (прямом) направлении тока меньше, чем при другом – обратном и омические, электрическое сопротивление которых мало и практически не зависит от направления и значения тока в заданном диапазоне токов.