Pn-risteys

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 15.5.2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

pn - liitos tai elektroni-reikäliitos  - kahdenerityyppisen johtavuuden omaavan puolijohteen kosketusalue - reikä ( p , englannin  kielestä positiivinen  - positiivinen) ja elektroninen ( n , englannin  kielestä negatiivinen  - negatiivinen). Sähköiset prosessit pn -liitoksissa ovat perustaepälineaarisella virta-jännite-ominaisuuden omaavien puolijohdelaitteiden toiminnalle ( diodit , transistorit ja muut).

Tilavarausalueet

P - tyypin puolijohteessa , joka saadaan akseptoriseostusaineen avulla, reikien pitoisuus on paljon suurempi kuin elektronien pitoisuus. N - tyypin puolijohteessa , joka saadaan luovuttajaepäpuhtauden avulla , elektronien pitoisuus on paljon suurempi kuin reikien pitoisuus. Jos kahden tällaisen puolijohteen välille muodostuu kontakti, syntyy diffuusiovirta - päävarauksen  kantajat (elektronit ja reiät) virtaavat satunnaisesti alueelta, jossa niitä on enemmän, alueelle, jossa niitä on vähemmän, ja yhdistyvät uudelleen toisiaan. Tämän seurauksena alueiden välisen rajan lähellä ei käytännössä ole vapaita (liikkuvia) päävarauksenkantajia, mutta epäpuhtausioneja, joissa on kompensoimattomia varauksia, jää [1] . Rajan vieressä oleva p -tyypin puolijohteen alue vastaanottaa elektronien tuoman negatiivisen varauksen ja n - tyypin puolijohteen raja-alue vastaanottaa reikien tuoman positiivisen varauksen (tarkemmin sanottuna se menettää negatiivisen varauksen elektronien kuljettamana).

Siten puolijohteiden rajalle muodostuu kaksi kerrosta, joissa on vastakkaisen etumerkin avaruusvaraukset , jotka muodostavat sähkökentän risteyksessä . Tämä kenttä indusoi ryömintävirran diffuusiovirtaa vastakkaiseen suuntaan. Lopulta diffuusio- ja drift-virtojen välille muodostuu dynaaminen tasapaino ja avaruusvarausten muutos pysähtyy. Köyhtyneitä alueita, joissa on liikkumattomia tilavarauksia, kutsutaan pn - siirtymäksi [2] .

Tasasuuntaajan ominaisuudet

Jos puolijohdekerroksiin syötetään ulkoista jännitettä siten, että sen synnyttämä sähkökenttä suunnataan vastapäätä liitoksessa olevaa kenttää, niin dynaaminen tasapaino rikkoutuu ja diffuusiovirta ylittää ajelehtivirran nopeasti. kasvaa jännitteen kasvaessa. Tällaista jänniteyhteyttä pn - liitokseen kutsutaan suoraksi biasiksi ( positiivinen potentiaali syötetään p -tyypin alueelle suhteessa n - tyypin alueeseen).

Jos ulkoista jännitettä syötetään siten, että sen luoma kenttä on samassa suunnassa kuin liitoskohdan kenttä, niin tämä johtaa vain avaruusvarauskerrosten paksuuden kasvuun. Diffuusiovirta pienenee niin paljon, että pieni ryömintävirta vallitsee. Tällaista jänniteyhteyttä pn - liitokseen kutsutaan käänteiseksi biasiksi (tai lukitusbiasiksi), ja liitoksen läpi kulkevaa kokonaisvirtaa, joka määräytyy pääasiassa elektroni-reikäparien lämpö- tai fotonikehityksestä , kutsutaan käänteisvirraksi.

Kapasiteetti

Pn - liitoksen kapasitanssi on puolijohteisiin kerääntyneiden tilavuusvarausten kapasitanssi pn - liitoksessa ja sen ulkopuolella. Pn -liitoksen kapasitanssi on epälineaarinen - se riippuu liitokseen kytketyn ulkoisen jännitteen napaisuudesta ja arvosta. On olemassa kahdenlaisia ​​pn -liitoksen kapasitansseja: sulku- ja diffuusio [3] .

Esteen kapasiteetti

Sulkukapasitanssi (tai varaus) liittyy muutokseen potentiaalisulkussa liitoksessa ja tapahtuu käänteisellä esijännityksellä. Se vastaa litteän kondensaattorin kapasitanssia, jossa sulkukerros toimii dielektrisenä kerroksena ja p- ja n - liitosalueet levyinä. Sulkukapasitanssi riippuu liitosalueesta ja puolijohteen suhteellisesta permittiivisyydestä.

Diffuusiokapasiteetti

Diffuusiokapasitanssi johtuu pienten kantoaaltojen (elektronien p -alueella ja reikien n - alueella) kerääntymisestä myötäsuuntaisessa biasissa. Diffuusiokapasitanssi kasvaa myötäjännitteen myötä.

Altistuminen säteilylle

Säteilyn vuorovaikutus aineen kanssa on monimutkainen ilmiö. Perinteisesti on tapana harkita tämän prosessin kahta vaihetta: ensisijaista ja toissijaista.

Ensisijaisia ​​tai suoria vaikutuksia ovat elektronien siirtyminen (ionisaatio), atomien siirtyminen hilapaikoista, atomien tai elektronien virittäminen ilman siirtymistä ja ydinmuunnokset, jotka johtuvat aineen (kohteen) atomien suorasta vuorovaikutuksesta hiukkasvirta.

Toissijaiset vaikutukset koostuvat rakenteen lisävirittymisestä ja tuhoutumisesta syrjäytyneiden elektronien ja atomien vaikutuksesta.

Elektronien viritys elektroni-reikäparien muodostumisella ja kideatomien siirtymisprosessit hilapaikoista ansaitsevat suurimman huomion, koska tämä johtaa vikojen muodostumiseen kiderakenteessa . Jos avaruusvarausalueelle muodostuu elektroni-reikäpareja, tämä johtaa virran esiintymiseen puolijohderakenteen vastakkaisissa koskettimissa. Tätä tehostetta käytetään luomaan betavoltaisia ​​teholähteitä, joilla on erittäin pitkä käyttöikä (kymmeniä vuosia).

Säteilytys suuren energian varautuneilla hiukkasilla johtaa aina primääriseen ionisaatioon ja olosuhteista riippuen atomien ensisijaiseen siirtymiseen. Kun suuria energioita siirretään hilaelektroneihin, muodostuu deltasäteilyä, suurienergisiä elektroneja, jotka siroavat ionirajalta, sekä fotoneja ja röntgenkvantteja. Kun alempia energioita siirretään kidehilan atomeihin, elektronit virittyvät ja ne siirtyvät korkeamman energian vyöhykkeelle, jossa elektronit termolysoivat energiaa emittoimalla eri energioiden fotoneja ja fononeja (kuumeneminen). Yleisin elektronien ja fotonien sirontavaikutus on Compton-ilmiö .

Muodostusmenetelmät

Epäpuhtauksien fuusio

Sulatuksen aikana yksikide lämmitetään epäpuhtauksien sulamispisteeseen, minkä jälkeen osa kiteestä liukenee epäpuhtaussulaan. Jäähtyessään yksikide uudelleenkiteytyy epäpuhtausmateriaalin kanssa. Tällaista siirtymää kutsutaan kelluvaksi .

Epäpuhtauksien diffuusio

Teknologia diffuusiosiirtymän aikaansaamiseksi perustuu fotolitografian menetelmään . Diffuusin siirtymän luomiseksi kiteen pinnalle levitetään valoresistiä , valoherkkää ainetta, joka polymeroituu valaistuksen avulla. Polymeroimattomat alueet pestään pois, piidioksidikalvo etsataan ja epäpuhtaudet diffundoidaan piikiekkoon muodostuneiden ikkunoiden kautta . Tällaista siirtymää kutsutaan tasomaiseksi .

Epitaksiaalinen kasvu

Epitaksiaalisen kasvun ydin on tiettyjen kemiallisten yhdisteiden hajoaminen lisäaineiden seoksen kanssa kiteen päällä. Tällöin muodostuu pintakerros, jonka rakenteesta tulee jatkoa alkuperäisen johtimen rakenteelle. Tällaista siirtymää kutsutaan epitaksiaaliseksi [3] .

Sovellus

Historiallinen tausta

Virallisesti tunnustetaan, että amerikkalainen fyysikko Russell Ohl löysi pn-liitoksen vuonna 1939 Bell Labsissa [4] . Vuonna 1941 Vadim Lashkarev löysi pn-liitoksen , joka perustui seleenivalokennoihin ja tasasuuntaajiin [ 5] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Lyhyt teoria, 2002 .
  2. ↑ Elektroniikka, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Elektroniikkatekniikka. - Moskova: Route, 2003. - S. 28-30. - 290 s. - BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Kristallituli: transistorin keksintö ja informaatioajan synty  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - USA: W. W. Norton & Company, 1988. - P. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Arkistoitu 29. heinäkuuta 2020 Wayback Machinessa
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. "Estekerroksen tutkiminen lämpöanturimenetelmällä" (PDF) . Ukr. J Phys. [ englanti ] ]. 53 (erikoispainos): 53-56. ISSN  2071-0194 . Arkistoitu alkuperäisestä (PDF) 28.09.2015. Käytöstä poistettu parametri |url-status=( ohje )

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa