Pn csomópont

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. május 15-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

pn - átmenet vagy elektron-lyuk átmenet  - kétkülönböző típusú vezetőképességű félvezető érintkezési területe - lyuk ( p , az angol  pozitív  - pozitív) és az elektronikus ( n , az angol  negatív  - negatív). A pn átmenetekben zajló elektromos folyamatoka nemlineáris áram-feszültség karakterisztikával rendelkező félvezető eszközök ( diódák , tranzisztorok és másokműködésének alapját képezik.

Tértöltési régiók

Egy p - típusú félvezetőben , amelyet akceptor dópolószerrel nyernek, a lyukak koncentrációja sokkal nagyobb, mint az elektronok koncentrációja. Egy n - típusú félvezetőben , amelyet egy donor szennyeződéssel nyernek, az elektronok koncentrációja sokkal magasabb, mint a lyukak koncentrációja. Ha két ilyen félvezető között kontaktus jön létre, akkor diffúziós áram keletkezik  - a fő töltéshordozók (elektronok és lyukak) véletlenszerűen áramlanak abból a területből, ahol több van belőlük, és újra kombinálódnak egymás. Emiatt a régiók közötti határ közelében gyakorlatilag nem lesznek szabad (mobil) főtöltéshordozók, viszont megmaradnak a kompenzálatlan töltésű szennyezőionok [1] . A p -típusú félvezetőben a határral szomszédos tartomány az elektronok által hozott negatív töltést kap, az n - típusú félvezető határterülete pedig lyukak által hozott pozitív töltést kap (pontosabban elveszti a negatív töltést elektronok elhordják).

Így a félvezetők határán két ellentétes előjelű tértöltésű réteg képződik, amelyek elektromos teret hoznak létre a csomópontban . Ez a mező drift áramot indukál a diffúziós árammal ellentétes irányba. Végül dinamikus egyensúly jön létre a diffúziós és sodródó áramok között, és a tértöltések változása megáll. A kimerült, mozdulatlan tértöltésű területeket pn - átmenetnek nevezzük [2] .

Egyenirányító tulajdonságai

Ha a félvezető rétegekre külső feszültséget vezetünk úgy, hogy az általa létrehozott elektromos tér a csomópontban meglévő térrel ellentétes irányba terelődik, akkor a dinamikus egyensúly megsérül, és a diffúziós áram gyorsan érvényesül a sodródó áram felett. a feszültség növekedésével növekszik. A pn átmenethez való ilyen feszültségcsatlakozást közvetlen előfeszítésnek nevezzük ( a p -típusú tartományra pozitív potenciál kerül az n -típusú régióhoz képest ).

Ha külső feszültséget alkalmazunk úgy, hogy az általa létrehozott mező azonos irányú legyen a csomópontban lévő mezővel, akkor ez csak a tértöltési rétegek vastagságának növekedéséhez vezet. A diffúziós áram annyira lecsökken, hogy egy kis drift áram fog uralkodni. A pn átmenethez való ilyen feszültségcsatlakozást fordított előfeszítésnek (vagy locking bias) nevezzük , a csomóponton átfolyó teljes áramot, amelyet főként az elektron-lyuk párok termikus vagy fotongenerálása határoz meg , fordított áramnak.

Kapacitás

A pn átmenet kapacitása a félvezetőkben a pn átmeneten és azon túl felhalmozódott térfogati töltések kapacitása. A pn átmenet kapacitása nem lineáris - a polaritástól és a csatlakozásra adott külső feszültség értékétől függ. A pn -átmenet kapacitásának két típusa van : gát és diffúzió [3] .

Gátkapacitás

A gát (vagy töltés) kapacitása a csomópontban a potenciálgát változásához kapcsolódik, és fordított előfeszítéssel fordul elő. Ez egyenértékű egy lapos kondenzátor kapacitásával, amelyben a blokkoló réteg dielektromos rétegként, a p és n átmeneti tartomány pedig lemezként szolgál. A gátkapacitás a csatlakozási területtől és a félvezető relatív permittivitásától függ.

Diffúziós kapacitás

A diffúziós kapacitás a kisebb hordozók (elektronok a p -régióban és lyukak az n -régióban) felhalmozódásának köszönhető az előretolt előfeszítésben. A diffúziós kapacitás az előremenő feszültséggel nő.

Sugárzásnak való kitettség

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása összetett jelenség. Hagyományosan ennek a folyamatnak két szakaszát szokás figyelembe venni: az elsődleges és a másodlagos szakaszt.

Az elsődleges vagy közvetlen hatások az elektronok elmozdulásában (ionizációs), az atomok rácshelyekről való kiszorításában, az atomok vagy elektronok elmozdulás nélküli gerjesztésében, valamint az anyag (célpont) atomjainak közvetlen kölcsönhatása következtében fellépő magtranszformációkban. részecskeáramlás.

A másodlagos hatások a szerkezet további gerjesztését és tönkretételét jelentik a kiütött elektronok és atomok által.

A legnagyobb figyelmet érdemel az elektronok gerjesztése elektron-lyuk párok képződésével és a kristályatomoknak a rácshelyekről történő kiszorítása, mivel ez a kristályszerkezet hibáinak kialakulásához vezet . Ha a tértöltési tartományban elektron-lyuk párok jönnek létre, ez áram megjelenéséhez vezet a félvezető szerkezet ellentétes érintkezésein. Ezt az effektust használják fel a betavoltaic tápegységek létrehozására, amelyek élettartama rendkívül hosszú (több tíz év).

A nagy energiájú töltött részecskékkel történő besugárzás mindig primer ionizációhoz és a körülményektől függően az atomok elsődleges elmozdulásához vezet. Ha nagy energiákat adnak át a rácselektronokra, akkor delta sugárzás, nagy energiájú elektronok keletkeznek, amelyek az ionpályáról szórnak, valamint fotonok és röntgenkvantumok. Amikor kisebb energiákat adnak át a kristályrács atomjaira, az elektronok gerjesztődnek és egy magasabb energiájú zónába kerülnek, ahol az elektronok különböző energiájú fotonok és fononok kibocsátásával termolizálják az energiát. Az elektronok és fotonok leggyakoribb szóródása a Compton-effektus .

Alakítási módszerek

Szennyeződések fúziója

Az olvasztás során egy kristályt felmelegítenek a szennyeződés olvadáspontjára, majd a kristály egy része feloldódik a szennyező olvadékban. Lehűléskor az egykristály a szennyezőanyaggal együtt átkristályosodik . Az ilyen átmenetet lebegőnek nevezzük .

Szennyeződések diffúziója

A diffúziós átmenet elérésének technológiája a fotolitográfia módszerén alapul . A diffúz átmenet létrehozásához fotorezisztet , egy fényérzékeny anyagot visznek fel a kristály felületére, amelyet megvilágítással polimerizálnak . A nem polimerizált területeket lemossák, a szilícium-dioxid filmet lemarják , és a szennyeződést a kialakított ablakokon keresztül a szilícium ostyába diffundálják . Az ilyen átmenetet síkbelinek nevezzük .

Epitaxiális növekedés

Az epitaxiális növekedés lényege bizonyos kémiai vegyületek lebontása adalékanyag - keverékkel egy kristályon. Ilyenkor felületi réteg keletkezik, melynek szerkezete az eredeti vezető szerkezetének folytatása lesz. Az ilyen átmenetet epitaxiálisnak nevezzük [3] .

Alkalmazás

Történelmi háttér

Hivatalosan elismert tény, hogy a pn-átmenetet 1939-ben Russell Ohl amerikai fizikus fedezte fel a Bell Labs -ban [4] . 1941-ben Vadim Laskarev felfedezett egy pn-átmenetet, amely szelén fotocellákon és egyenirányítókon alapul [ 5] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Rövid elmélet, 2002 .
  2. ↑ Elektronika, 1991 .
  3. ↑ 1 2 Akimova G. N. Elektronikus technológia. - Moszkva: Útvonal, 2003. - S. 28-30. — 290 p. — BBC ISBN 39.2111-08.
  4. ↑ Riordan, Michael. Kristálytűz: a tranzisztor feltalálása és az információs kor születése  / Michael Riordan, Lillian Hoddeson. - USA: W. W. Norton & Company, 1988. - P. 88–97. — ISBN 978-0-393-31851-7 . Archiválva : 2020. július 29. a Wayback Machine -nél
  5. ↑ Lashkaryov, VE (2008) [1941]. „A gátréteg vizsgálata hőszondás módszerrel” (PDF) . Ukr. J Phys. [ angol ] ]. 53 (különkiadás): 53-56. ISSN  2071-0194 . Archiválva az eredetiből (PDF) ekkor: 2015-09-28. Elavult használt paraméter |url-status=( súgó )

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban