ZŁĄCZE PROSTUJĄCE, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium


ZŁĄCZE PROSTUJĄCE, kontakt prostujący, układ 2 stykających się ze sobą materiałów o różnym typie przewodnictwa elektr., mający nieliniową, asymetryczną charakterystykę prądowo-napięciową i związaną z tym zdolność prostowania prądu elektrycznego. Właściwości prostujące złącza prostującego zależą od rodzaju użytych materiałów oraz metody wytwarzania złącza. Wynikają z powstawania w obszarze granicznym między 2 materiałami bariery potencjału (zw. też napięciem dyfuzyjnym), przeciwdziałającej dyfuzji przez złącze prostujące nośników większościowych z obszarów znajdujących się po obu jego stronach. Złącze prostujące może być utworzone z 2 warstw (typu pn) tego samego półprzewodnika (złącze p-n), z warstwy metalu i półprzewodnika (złącze m-s, złącze Schottky'ego) lub z warstw 2 półprzewodników o różnych szerokościach pasma wzbronionego (heterozłącze).

Złącze p- n otrzymuje się obecnie najczęściej stosując technologię → planarną, przy czym domieszkowanie przeprowadza się metodami dyfuzji, epitaksji lub implantacji jonów; stąd wynika podział złącz p-n na: dyfuzyjne, epitaksjalne i implantowane; dawniej dużą rolę odgrywały 2 inne metody domieszkowania, tj. domieszkowanie podczas wyciągania monokryształów (złącze wyciągane) i metoda stopowa (złącze stopowe). Na styku warstw pn, wskutek dużej różnicy koncentracji nośników ładunku, następuje dyfuzja nośników większościowych: dziur z obszaru p do obszaru n i elektronów z obszaru n do obszaru p (nośniki te po przejściu do obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa ulegają rekombinacji). W wyniku dyfuzyjnego przepływu elektronów i dziur w obszarze graniczym warstw pn pozostają nieskompensowane ładunki jonów domieszek, tworzące warstwę dipolową ładunku przestrzennego, zw. też warstwą zaporową (lub warstwą zubożoną, ze względu na brak w niej nośników ładunku — elektronów i dziur). Powstała warstwa dipolowa wytwarza pole elektr., a z istnieniem tego pola wiąże się powstanie bariery potencjału. Nośniki mniejszościowe (elektrony w obszarze p i dziury w obszarze n), które znalazły się przypadkowo w obszarze warstwy zaporowej (np. wskutek chaotycznego ruchu cieplnego), są unoszone do obszaru przeciwnego typu, zgodnie z kierunkiem działającego pola elektrycznego. W stanie równowagi termodynamicznej (złącze niespolaryzowane napięciem zewn.) prądy unoszenia nośników mniejszościowych są sobie równe i przeciwnie skierowane, a zatem prąd wypadkowy płynący przez złącze jest równy zeru. Przyłożenie do złącza napięcia zewn. o polaryzacji zgodnej z kierunkiem napięcia dyfuzyjnego ( kierunek zaporowy) zwiększa barierę potencjału, utrudniając przechodzenie nośników większościowych przez warstwę graniczną złącza; przez złącze płynie wówczas niewielki prąd wsteczny, złożony gł. z nośników mniejszościowych, zw. prądem nasycenia. Doprowadzenie do złącza napięcia zewn. o polaryzacji przeciwnej do kierunku napięcia dyfuzyjnego (kierunek przewodzenia ) obniża natomiast barierę potencjału, ułatwiając przechodzenie nośników większościowych przez warstwę graniczną złącza; przy odpowiednio dużych wartościach tego napięcia przez złącze płynie znaczny prąd, zw. prądem przewodzenia, złożony gł. z nośników większościowych. Taki sposób działania złącza p-n oznacza również, że jego opór elektr. w jednym kierunku przyłożenia napięcia jest znacznie większy (kierunek zaporowy) niż w kierunku przeciwnym (kierunek przewodzenia).

Każde złącze p-n charakteryzuje pojemność, składająca się z pojemności warstwy zaporowej Cj oraz z pojemności dyfuzyjnej Cd. Pojemność Cj jest określona przyrostem ładunku przestrzennego warstwy zaporowej, wywołanym zwiększaniem się napięcia zewnętrznego. Pojemność Cd wiąże się z procesem dyfuzji nośników mniejszościowych, wstrzykiwanych do obszarów pn złącza w wyniku przyłożenia napięcia zewn.; wyraża ją stosunek przyrostu ładunku związanego z tymi nośnikami (gromadzącymi się w obszarze p n złącza) do przyrostu napięcia zewnętrznego.

Złącze Schottky'ego, zw. też złączem m-s z barierą Schottky'ego, jest otrzymywane najczęściej metodą pokrywania warstwą metalu (np. glinu Al, złota Au) płytki półprzewodnika (np. krzemu Si, germanu Ge, arsenku galu GaAs) typu n (półprzewodników typu p na ogół nie stosuje się ze względu na znacznie mniejszą ruchliwość dziur niż elektronów). Właściwości prostujące złącza Schottky'ego zależą gł. od różnicy między wartościami pracy wyjścia elektronów z metalu i z półprzewodnika oraz od obecności stanów powierzchniowych półprzewodnika (dodatkowych poziomów leżących w pasmie wzbronionym); bariera potencjału na styku metal-półprzewodnik jest wynikiem istnienia ładunku przestrzennego w półprzewodniku. Spolaryzowanie złącza w kierunku przewodzenia powoduje zmniejszenie bariery potencjału dla elektronów przechodzących z półprzewodnika do metalu oraz gwałtowny wzrost natężenia prądu wraz ze wzrostem napięcia zewnętrznego. Elektrony, które przeszły z półprzewodnika do metalu, mają energię większą (tzw. elektrony gorące) niż średnia energia elektronów swobodnych metalu i b. szybko, w czasie rzędu 10-16 s, oddają nadmiar swej energii jego sieci krystalicznej. Przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym, powodującej wzrost bariery potencjału na złączu, niemożliwy jest przepływ elektronów z półprzewodnika do metalu; przez złącze płynie jedynie niewielki strumień elektronów przechodzących z metalu do półprzewodnika wskutek ruchów termicznych. Charakterystyczne cechy złącza Schottky'ego są związane z faktem, że w metalu nie występuje magazynowanie nośników ładunku; powoduje to b. znaczne zmniejszenie (prawie do zera) pojemności dyfuzyjnej, a więc i pojemności całkowitej złącza i umożliwia pracę złącza w zakresie b. wielkich częstotliwości.

Złącze prostujące stanowi podstawową część przyrządów półprzewodnikowych (diod, tranzystorów, tyrystorów i in.). Złącza Schottky'ego są wykorzystywane jako diody Schottky'ego, zw. też diodami z elektronami gorącymi, oraz w badaniach właściwości półprzewodników.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
LABORKA2, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
LEPKOŚĆmm, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Fizyka - Ćw 60, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Fizyka - sprawozdanie 49, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
neonówka, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Elektronika, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
szeregowy rezonans napiŕciowy, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
LAB110, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
ĆWICZENIE NR 2A, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
2a, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Fizyka - sprawozdanie 50, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Pojęcia w formacie ściągi, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium

więcej podobnych podstron