Энергетические уровни, соответствующие границам запрещенной зоны

Энергетические уровни, соответствующие границам запрещенной зоны, могут иметь разрыв в плоскости металлургического перехода.

В состоянии равновесия уровень Ферми, естественно, общий, а

энергетический уровень вакуума параллелен     границам запрещенной зоны и непрерывен.

Потому ширина разрывов и  не зависит от легирования p и nобластей. На границе раздела непрерывна электрическая индукция, а не напряженность электрического поля.

 

 

Есть 2 типа гетеропереходов:

— переход между полупроводниками p и nтипа;

— переход между полупроводниками одинакового типа проводимости.

 

Формальный анализ идеализированных моделей гетеропереходов проделан, но надо иметь в виду, что в реальных структурах из-за различия постоянных решетки и температурных коэффициентов термического расширения (ТКР) на границе раздела полупроводников имеется большое число дефектов, действующих как центры захвата. Эти центры (ловушки) удерживают уровень Ферми в переходном слое посредине запрещенной зоны обоих полупроводников. Энергетическая диаграмма при этом деформируется воздействием поверхностного заряда.

На энергетической диаграмме проявляется также взаимная диффузия атомов составляющих гетеропереход полупроводников.

 

Для изготовления гетеропереходов наиболее подходят тройные твердые растворы, изменяя стехиометрический состав которых можно «подогнать» ширину запрещенной зоны.

 

Рассмотрим идеальный pn переход с более широкой запрещенной зоной в материале pтипа, чем в материале nтипа, т.е. .

Приложим к идеальному pnгетеропереходу внешнее напряжение Uв прямом направлении. Потенциальный барьер для дырок, инжектируемых

из р-области в nобласть, т.е. из эмиттера в базу, существенно ниже, чем аналогичный барьер для электронов, инжектируемых в другом направлении — из nобласти в р-область.

Если приложенное напряжение достаточно велико, то

барьер для дырок         может быть понижен до нуля, но при этом

барьер для электронов остается еще существенно высоким.

Следовательно, дырочный ток в прямом направлении сильно возрастает, а ток электронов в этом же прямом направлении будет довольно небольшим.

ВАХ такого диода в прямом направлении описывается уравнением для ВАХ идеализированного р-n перехода, но обратный ток будет выражен по другому В обратном направлении  насыщения ток не насыщается как в обычном

р-n переходе, а растет с увеличением U, оставаясь много меньше прямого.

Если же два полупроводника имеют различные

— ширину запрещенной зоны,

— диэлектрическую проницаемость,

— термодинамические работы выхода и

— электронное сродство,

то энергетическая диаграмма ступенчатого pnгетероперехода будет содержать разрывы электрического поля на границе раздела из-за

различных диэлектрических проницаемостей по обе стороны границы.

Это ведет и к разрывам краев энергетических зон на границе (непрерывна должна быть электрическая индукция, а не напряженность поля).

Потенциальный барьер для дырок будет существенно выше, чем аналогичный барьер для электронов, поэтому электроны будут доминирующими носителями.

Гетеропереходы служат эффективными инжекторами дырок в материал nтипа, что устраняет необходимость создания сильно легированных областей р-типа.

 

Гетеропереходы используют при создании полупроводниковых лазеров. Область nтипа, имеющая более широкую запрещенную зону, прозрачна для рекомбинационного излучения из области р-типа.        К тому же, в области р-типа отсутствует поглощение света свободными носителями заряда, потому что она не сильно легирована.

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector