Лекции.Орг
Лекции.Орг
 

Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

Энергетическая диаграмма p-n перехода в равновесном состоянии



В условиях равновесия p-n перехода, когда отсутствует внешнее напряжение, энергия Ферми одинакова для любого объема полупроводника, что приводит к горизонтальности положения уровня Ферми на энергетической диаграмме, представленной на рис.4.

 
 

Уровень Ферми в полупроводнике p-типа расположен вблизи энергетического уровня потолка валентной зоны, а в полупроводнике n-типа - вблизи энергетического уровня дна зоны проводимости, причем уровень Ферми ближе расположен к энергетическому уровню потолка валентной зоны, чем к энергетическому уровню дна зоны проводимости, из-за того, что Nа>>NД. У изолированных p- и n-областей энергии Ферми неравны, поэтому при объединении областей в единый кристалл полупроводника на основании фундаментального свойства уровня Ферми (gradWF=0) происходит смещение энергетических уровней n-области относительно энергетических уровней
p-области, как и показано на рис.4.

Рис.4

На рис.4 обозначено:

 
 

- основные носители заряда; - неоснов-

 

ные носители заряда; Wп - энергетический уровень дна зоны проводимости; WF - энергетический уровень Ферми; Wср - энергетический уровень середины запрещенной зоны; - энергетический уровень потолка валентной зоны; DWз - энергия, соответствующая ширине запрещенной зоны.

В результате смещения энергетических уровней создается энергетический (потенциальный) барьер величиной

e×jк=WFn – WFp,

где WFn – энергия Ферми для полупроводника n-типа;

WFp - энергия Ферми для полупроводника p-типа.

Основные носители заряда областей полупроводника p- и n-типов, энергия которых больше высоты барьера, диффузионно преодолевают его. Основные носители заряда, переходящие p-n переход в тормозящем для них электрическом поле, образуют iD диффузионную составляющую тока перехода. В то же время неосновные носители заряда, находящиеся вблизи p-n перехода и совершающие тепловое хаотическое движение, попадают под действие электрического поля p-n перехода, увлекаются им и переносятся в противоположную область: электроны p-области в n-область; дырки
n-области в p-область. Неосновные носители заряда, переходящие переход под действием напряженности электрического поля p-n перехода, образуют дрейфовую составляющую тока iE через переход. Условие равновесия выполняется, когда диффузионный ток iD будет скомпенсирован встречным дрейфовым током iE и полный ток через переход будет равен нулю: .

Легко увидеть по энергетической диаграмме p-n перехода влияние температуры на величину потенциального барьера. Влияние температуры окружающей среды на величину jк иллюстрируется рис.5.

При увеличении температуры окружающей среды на основании свойства уровня Ферми его положение изменяется и становится ближе к энергии середины запрещенной зоны Wср как в полупроводнике p-типа, так и в полупроводнике n-типа. Это смещение уровня Ферми при увеличении температуры в p- и n-областях происходит в противоположных направлениях (рис.5), что неизбежно привело бы к появлению gradWF>0, что недопустимо, так как на основании свойства уровня Ферми в условии равновесия уровень Ферми должен находиться в горизонтальном положении, то есть на одном энергетическом уровне как в p-области, так и в n-области. В то же время при увеличении температуры ширина запрещенной зоны почти не изменяется (температурный коэффициент ширины запрещенной зоны составляет величину около –10-4 1/К), поэтому с ростом температуры происходит смещение энергетических уровней границ разрешенных зон n-области и уменьшается высота энергетического
барьера, что ведет к снижению потенциального барьера p-n перехода, а
равно и к уменьшению контактной разности потенциалов.

 
 

Рис.5

 

На рис.5 сплошной линией изображено положение энергетических уровней при T1=300 K (при этом контактная разность потенциалов - jк, равновесная ширина p-n перехода – lo), пунктирной линией показано изменение положений энергетических уровней при T2=340К (при этом новая контактная разность потенциалов к<jк, а ширина p-n перехода o<lo). На рис.5 учтено равновесное состояние p-n перехода и условия: gradWF=0, Nа>>NД .

.





Дата добавления: 2015-05-08; просмотров: 430 | Нарушение авторских прав


Похожая информация:

  1. Tracking Gantt (Диаграмма Ганта с отслеживанием)
  2. VIII. ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ С УЧАЩИМИСЯ, ИМЕЮЩИМИ ОТКЛОНЕНИЯ В СОСТОЯНИИ ЗДОРОВЬЯ
  3. А. В жидком состоянии. Б. В аморфном состоянии. В. В газообразном состоянии. Г. В кристаллическом состоянии. Д. Такое расположение атомов возможно в любом состоянии вещества
  4. А. В жидком состоянии. Б. В аморфном состоянии. В. В газообразном состоянии. Г. В кристаллическом состоянии. Д. Такое расположение атомов возможно в любом состоянии вещества
  5. Адекватная энергетическая и информационная насыщенность эмоций позволяет партнерам устранять неопределенность коммуникации
  6. Активационно-энергетическая роль эмоций
  7. Билет №3. Б3-1 Рыночные каналы реализации продукции АПКВ усл-х перехода к рын
  8. Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с. Внутренняя временная упорядоченность при устойчивом захваченном состоянии 226
  9. Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с. межуток становится короче, то происходит «скачок фазы» колебателя, и в новом устойчивом состоянии субъективная ночь приходится уже на длинный промежуток между
  10. Биоэнергетическая терапия
  11. Важность перехода ко сну
  12. ВВЕДЕНИЕ. В эпоху перехода от феодализма к капитализму


© 2015-2017 lektsii.org.

Ген: 0.007 с.