Концентрацией свободных

где А — некоторая постоянная, зависящая от конструкции диода; U — приложенное напряжение; (/к = 0,2—0,8 В — контактная разность потенциалов, значение которой связано с температурой и концентрацией носителей в и- и р-областях.

Для уменьшения последовательного сопротивления коллекторному току иногда перед осаждением эпитак-сиального слоя на участках подложки, над которыми в дальнейшем будут располагаться коллекторные области транзисторов, формируется так называемый скрытый слой — высоколегированная область небольшой глубины. В структуре биполярного планарно-эпитаксиального транзистора он расположен на границе между областью коллектора и подложкой ( 1.1, б). Одновременно с диффузией эмиттера в области вывода коллектора формируется диффузионная область с избыточной концентрацией носителей п+. Резкое увеличение концентрации носителей у коллекторного контакта позволяет значительно снизить его переходное сопротивление.

чтобы свободные носители могли приобрести энергию, достаточную для выбивания дополнительных валентных электронов из атомной решетки полупроводника, которые в свою очередь генерируют свободные носители и т. д. Напряжение пробоя определяется обычно концентрацией носителей на более слаболегированной стороне перехода. На 1.5 представлена зависимость •напряжения лавинного пробоя от концентрации носителей, причем принято, что на слаболегированной стороне перехода примесь распределена равномерно.- Для напряжения пробоя приблизительно выполняется соот-•ношение

Существенную роль при работе резистора играет распределенная емкость изолирующего р—«-перехода. Несмотря на то что эта емкость не превышает обычно 2...5 пФ, величина емкостного сопротивления оказывается соизмеримой с сопротивлением резистора (5 кОм на частотах порядка 10 МГц). Повысить эту частоту можно, пропорционально уменьшая размеры резистора, паразитная емкость которого при этом уменьшается пропорционально квадрату линейных размеров, а сопротивление остается неизменным. Особенно неблагоприятно сказывается влияние емкости изолирующего р — п-перехода на резисторы большого сопротивления. Решить эту проблему пытались созданием резисторов, заключенных между двумя диффузионными областями (пинч-резисторов). В этом случае используется глубинная, слаболегированная часть диффузионной области (чаще всего базовой), обладающая высоким объемным удельным сопротивлением [8]. Она отделена от поверхности подложки диффузионной областью с повышенной концентрацией носителей противоположного знака. Такой резистор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, так как изменение тока ведет к изменению падения напряжения на резисторе, которое складывается со смещающим напряжением, приложенным к переходу. Ширина обедненной области р — /г-перехода увеличивается, сечение резистора при этом уменьшается. Это аналогично рассмотренному ранее явлению «смыкания» канала в структурах полевых транзисторов.

слоя L0 значительно меньше длины свободного пробега / носителей заряда, т. е. L0 < I- Кроме того, эти полупроводники обладают высокой концентрацией носителей и высокими значениями их подвижности. При этих условиях носители заряда преодолевают запирающий слой без соударений. Следовательно, диффузионная составляющая тока мала по сравнению с дрейфовой и из полупроводника в металл переходят только те электроны, которые обладают достаточно большой кинетической" энергией. Теория выпрямления для этого случая называется диодной.

С допустимым приближением можно считать, что электропроводность в основном определяется концентрацией носителей заряда, которая в свою очередь зависит от температуры: с увеличением ее, как следует из выражения (1.1), число свободных электронов (и, конечно, дырок) растет по экспоненциальному закону и примерно так же изменяется электрический ток.

В случае несимметричных переходов область с повышенной концентрацией носителей зарядов называют эмиттером, а область с уменьшенной концентрацией — базой. Процесс перехода основных носителей зарядов через ослабленный внешним полем барьер называют инжек-цией носителей зарядов. Следует иметь в виду, что инжектированные носители зарядов становятся после прохождения барьера неосновными. Так, если в полупроводнике типа п электроны являются основными носителями зарядов, то, проникая через электронно-дырочный переход в полупроводник типа р, они становятся неосновными носителями.

Полупроводниковые стабилитроны отличаются от силовых диодов повышенной концентрацией носителей зарядов, достигающей в кремниевых стабилитронах 1016 -f- 1017 1/см3. Благодаря высокой концентрации носителей напряженность электрического поля в электронно-

Эти диоды отличаются от полупроводниковых стабилитронов более высокой концентрацией носителей заряда, достигающей 1019 \/см3. Напряженность электрического поля в электронно-дырочном переходе оказывается настолько высокой, что лавинный пробой начинается уже при обратных напряжениях в несколько десятков милливольт.

Исходным материалом, образующим впоследствии коллектор, является сравнительно высокоомный кремний с электронной электропроводностью. Поверхность пластинки кремния покрывают защитным слоем SiO2, в котором создаются кольцевые окна. В центральную часть пластинки путем направленной диффузии вводят акцепторную примесь, образующую диффузионную базу с дырочной электропроводностью. На поверхность базы наносится новый слой Si02 с кольцевыми окнами, через которые методом диффузии вводят доноры, образующие эмиттер с повышенной концентрацией носителей. В оставшиеся кольцевые окна напыляют контактные пленки, показанные на 3.39, б вертикальной штриховкой (коллекторное контактное кольцо К), горизонтальной штриховкой (базовое контактное кольцо Б) и вертикально-горизонтальной штриховкой (эмиттерный контактный круг Э). К контактным кольцам методом термокомпрессии присоединяют выводы коллектора, базы и эмиттера. В кремниевой пластинке диаметром 30 мм создают до 400 планарных транзисторов.

При контакте однотипных полупроводников не образуется слой с малой концентрацией носителей заряда. Поэтому сопротивление структуры определяется в основном сопротивлением ее высокоомной области. Такие переходы не обладают также выпрямляющим эффектом, другим их

Если концентрация примеси в полупроводнике зависит от координаты, то вследствие диффузии носителей заряда устанавливается распределение концентрации примеси и в результате возникает отклонение от электронейтральности. В этом случае на изменение заряда вблизи границы обедненного слоя влияют все свободные носители заряда, так что измеренное согласно (5.34) распределение NH (x) будет соответствовать распределению концентрации свободных носителей заряда п(х). Взаимосвязь между концентрацией свободных носителей заряда и концентрацией примеси при нарушении электронейтральности за счет диффузии носителей заряда характеризуется соотношением

Для полупроводника с диэлектрической проницаемостью et, концентрацией свободных электронов «о и Рх = п0ех0 это выражение имеет вид

— плазменная частота. В формулах (6.31) и (6.3/ ) не учтено усреднение по энергиям сомножителей, зависящих от времени релаксации. Если т зависит от энергии, то в окончательном виде е^ и е; будут зависеть от механизма рассеяния энергии электронами в кристалле. Выражения (6.31) и (6.32) не учитывают также взаимодействие электромагнитной волны с колебаниями кристаллической решетки. Это взаимодействие несущественно для кристаллов с малой долей ионной химической связи и с большой концентрацией свободных носителей заряда. В области частот между краем собственного поглощения и частотой продольных олтических колебаний решетки (О8<(о<*)г высокочастотная диэлектрическая проницаемость обусловлена взаимодействием электромагнитной волны с узлами кристаллической решетки и является характеристикой решетки. Для чистого кристалла в области частот от cog до ю< диэлектрическая проницаемость ег, практически постоянна и не зависит от частоты. В этой области частот для полупроводников с достаточно большой подвижностью носителей заряда выполняется ус-

Пусть линейно поляризованная электромагнитная волна распространяется в немагнитном полупроводнике с концентрацией свободных электронов «о в направлении эектор i постоянной магнитной индукции. Линейно поляризованную волку можно представить в виде суперпозиции двух волн круговой поляризации. Им соответствуют различные фазовые скорости. После прохождения через образец толщиной w волна вновь оказывается линейно поляризованной, однако плоскость поляризации повор ачивается на некоторый угол относительно исходной плоскости Угол, характеризующий поворот плоскости поляризации, называют углом Фарадея б*-. Он равен среднему значению углов поворота плоскостей поляризации, на которые поворачивается вектор напряженности электрического поля волн правой и левой круговой поляризации.

Удельная электрическая проводимость полупроводника в отсутствие внешнего воздействия на него, в том числе и света, определяется равновесной концентрацией свободных носителей заряда п0 и р0, генерируемых за счет тепловой энергии решетки:

В микроэлектронике широко применяются тонкие пленки металлов и диэлектриков. При переходе к тонким пленкам возникают новые явления и закономерности, не проявляющиеся в массивных образцах и структурах. Для пленок типична возможность создавать управляемые эмиссионные токи, аналогичные токам в вакууме. При контакте неметаллического твердого тела с металлом, обладающим меньшей работой выхода, приконтакт-ная область обогащается свободными носителями заряда, эмит-тированными из металла. В массивных образцах эти узкие приконтактные области повышенной электропроводимости не влияют на токовый режим, определяемый концентрацией свободных носителей заряда в объеме тела. В тонких же пленках эмиттированные носители заряда могут доминировать во всем объеме, определяя закономерности токовых явлений. С точки зрения теории рассеяния носителей заряда любое неметаллическое твердое тело в толстом слое — полупроводник, а в тонком слое — диэлектрик.

ным образом концентрацией свободных носителей заряда в канале. Поскольку она при облучении быстрыми нейтронами уменьшается, то максимальный ток уменьшается. Стоко-затворная и

позволяет получать материал с различной концентрацией свободных электронов и дырок ( 1.11,а).

Контактная разность потенциалов при соприкосновении двух разных металлов составляется из двух слагаемых: слагаемой, обусловленной неодинаковой концентрацией свободных электронов у разных металлов (внутренняя контактная разность потенциалов), и слагаемой, определяемой разностью работы выхода соприкасающихся металлов (внешняя контактная разность потенциалов).

Так как удельная проводимость определяется концентрацией свободных носителей заряда и их подвижностью, то линейность за-

В микроэлектронике широко применяются тонкие пленки металлов и диэлектриков. При переходе к тонким пленкам возникают но-ные явления и закономерности, не проявляющиеся в массивных образцах и структурах. Для пленок типична возможность создавать управляемые эмиссионные токи, аналогичные токам в вакууме. При контакте неметаллического твердого тела с металлом, обладающим меньшей работой выхода, приконтактная область обогащается свободными носителями заряда, эмиттированными из металла. В массивных образцах эти узкие приконтактные области повышенной электропроводимости не влияют на токовый режим, определяемый концентрацией свободных носителей заряда в объеме тела. В тонких же пленках эмиттированные носители заряда могут доминировать во всем объеме, определяя закономерности токовых явлений. С точки зрения теории рассеяния носителей заряда любое неметаллическое твердое тело в толстом слое — полупроводник, а в тонком слое — диэлектрик.