Az injektálás a félvezető homo- és heteroátmenetekben megfigyelhető fizikai jelenség , amikor a pn átmeneten elektromos áramot előrefelé haladva nagy koncentrációban nem egyensúlyi ("injektált") töltéshordozók jönnek létre a szomszédos területeken. a csomópont . A befecskendezési jelenség annak a következménye, hogy a pn átmenetben a potenciálgát magassága csökken, amikor előremenő feszültséget kapcsolunk rá.
Az injektálás jelensége számos félvezető eszköz működésének hátterében áll : diódák, bipoláris tranzisztorok, tirisztorok, injekciós tranzitdiódák, LED-ek és félvezető-injektáló lézerek.
Az injektálás jelenségének sajátossága a heterojunkciókban a szuperinjekció jelenségének megfigyelése , amelyben az injektált hordozók koncentrációja meghaladhatja a dópolók koncentrációját abban a régióban, ahonnan az injekció történik . Ez a jelenség alapvetően fontos a félvezető injekciós lézerek működése szempontjából .
Megfelelően magas hőmérsékleten, amikor a szennyező atomok majdnem teljesen ionizáltak, az N d koncentrációjú donorokkal adalékolt n-régióban a többségi hordozók ( elektronok ) koncentrációja n n ≈ N d . Mivel egy nem degenerált félvezetőben az n elektronok és a p lyukak koncentrációja összefügg az n p = n i összefüggéssel [1] , ahol n i a töltéshordozók belső koncentrációja, a kisebbségi hordozók (lyukak) koncentrációja az n tartományban egyenlő p n = n i 2 / n n , és n n ≫ n i ≫ p n .
A N a koncentrációjú akceptorokkal adalékolt p-típusú régióban a lyukkoncentráció p p ≈ N a , ugyanakkor az elektronkoncentráció n p = n i 2 / p p , míg p p ≫ n i ≫ n p .
Az elektron- és lyukkoncentráció eloszlását a pn átmenetben áram hiányában a jobb oldali ábra mutatja. Amint látható, a lyukak koncentrációja a p p lyukrégióban (a fő hordozók) állandó és nagy. Az átmeneti régióban sok nagyságrenddel csökken, és kis p n értéket vesz fel az n régióban (kisebbségi hordozók). Hasonlóképpen, az elektronkoncentráció az n-tartományban lévő nagy n n értékről a p- régióban lévő kis n p értékre változik .
Egyensúlyi állapotban (nulla előfeszítési feszültség mellett) a V bi potenciálgát magassága úgy van beállítva, hogy a pn átmeneten átáramló töltéshordozó áramlások mindkét irányban pontosan kompenzálódnak. Például az n-ből a p-régióba a diffúzió és a potenciálgát leküzdése miatt elmozduló elektronok áramlása megegyezik a kisebbségi elektronok áramlásával, amelyek a p-régióban keletkeznek, és a pn átmenethez közeledve megrajzolódnak. az elektromos tér által az n-es tartományba. Ugyanez igaz a lyukakra is.
Ha most előfeszítő feszültséget adunk a pn átmenetre, akkor az egyensúly felborul, az áramlások kompenzálatlanok lesznek, és elektromos áram folyik át a csomóponton . Ebben az esetben az áram értéke a rákapcsolt feszültség előjelétől függ.
Tekintsük, mi történik a diffúziós és sodródó áramokkal, ha pozitív külső előfeszítést alkalmazunk a pn átmenetre. U>0-nál a p-régió lyukai az n-régióba rohannak, ahol kisebbségi hordozókká válnak. Mivel p p > p n , ezek a lyukak újra egyesülnek az elektronokkal. A τ p lyuk élettartamának végessége miatt azonban a rekombináció nem következik be azonnal, ezért az átmeneten kívüli régiókban a lyukkoncentráció nagyobb marad, mint p n . Ezzel párhuzamosan az elektronok koncentrációja is megnő az n-régióban, mivel az elektródáról további elektronok lépnek be, hogy kompenzálják a bejövő lyukak tértöltését. Hasonlóképpen, az elektronok a p régióba költöznek, ott kisebbségi hordozókká válnak, és fokozatosan újraegyesülnek a lyukakkal. Ezért az átmenettől balra az elektronok koncentrációja is megnő, és a lyukak koncentrációja is nő, amelyek a bal elektródáról lépnek be, hogy kompenzálják az elektronok tértöltését.
Így az injekció mindkét jel hordozóinak koncentrációjának növelésében áll az átmenet mindkét oldalán, vagyis megnövekedett vezetőképességű kvázi-semleges régiók megjelenésében . [egy]