Концентрации носителей

Полное изменение концентрации неравновесных электронов в единицу времени

Концентрации неравновесных носителей заряда на границе обедненных слоев пр (0) и рп (0) ( 2.22, в) получим, подставив в (2.49) вместо равновесной высоты барьера еф0 высоту барьера при прямом смещении еср0 — е U:

Избыточной концентрацией носителей заряда называют избыток концентрации неравновесных носителей заряда над концентрацией равновесных носителей заряда п0, Ро, т. е.

В этом случае концентрации неравновесных электронов и дырок являются функциями только двух координат х и 2 и времени t. Уравнение непрерывности вне области генерации и граничные условия имеют следующий вид:

Спустя некоторое время (время задержки) после окончания действия инжектирующего импульса тока через "очечный контакт пропускается второй импульс тока, с помощью ьвторого производится измерение. Напряжение на образце в момент подачи измерительного импульса тока зависит от концентрации неравновесных носителей заряда, которые не успели еще проэекомбинировать. Изменяя время задержки в пределах 0—Зт, можно по зависимости напряжения на образце от времени задержки проследить процесс рекомбинации и определить время жизни неосновных носителей

Градиент концентрации неравновесных носителей заряда при наличии магнитного поля и при условии электронейтральности характеризуется эффективным коэффициентом диффузии

Освещение полупроводника светом не приводит к бесконечному росту концентрации неравновесных носителей заряда, так как по мере роста концентрации свободных носителей и числа свободных мест на примесных уровнях растет вероятность рекомбинации. Наступает момент, когда рекомбинация уравновесит процесс генерации свободных носителей. Избыточная (неравновесная) удельная проводимость, равная разности удельных электрических проводимо-стей полупроводника при освещении у и в отсутствие освещения уо> называется удельной фотопроводимостью у$:

Скорость уменьшения концентрации неравновесных носителей заряда —

где тоб объемное время жизни неравновесных носителей заряда; т„оа — поверхностное время жизни неравновесных носителей заряда. Объемное время жизни уменьшается с ростом плотности дефектов решетки. Увеличение концентрации примесей в полупроводнике также; уменьшает тоб. Максимальное значение тоб имеет собственный полупроводник.

В соответствии с законами нарастания и спада концентрации неравновесных носителей изменяется и величина фотопроводимости. Эти явления постепенного изменения 0ф при включении и выключении облучающего потока света называются релаксацией фотопроводимости.

Концентрации неравновесных носителей, определяющих фотопроводимость, зависят от параметров полупроводника (ширины запрещенной зоны, типа проводимости, коэффициента преломления и др.) и механизма поглощения.

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

6.2. Энергетическая диаграмма плоскостного транзистора и распределение концентрации носителей.............. 92

Наряду с дрейфовой возникает диффузионная составляющая тока, которая является следствием теплового движения электронов. При неравномерной концентрации носителей тепловое движение приобретает определенную направленность из области с большей в область с меньшей концентрацией электронов. Это объясняется тем, что в области, где концентрация электронов выше, вероятность столкновения электронов также выше. В результате электрон при хаотическом тепловом движении стремится отклониться в область с меньшей концентрацией, где будет испытывать меньше столкновений. Это направленное перемещение электронов в результате хаотического теплового движения называется диффузией и зависит от величины градиента концентрации.

3.2. Распределение концентрации носителей заряда в ступенчатом (а) и плавном : (б\ р-п-переходе.

Уравнение непрерывности описывается дифференциальным уравнением, определяющим полную скорость изменения концентрации носителей в элементарном объеме. Оно может быть записано в двух формах (для электронов и дырок):

Таким образом, уравнение непрерывности устанавливает связь между изменением концентрации носителей в элементарном объеме полупроводника и проходящим через этот полупроводник током. Это уравнение широко используется при анализе физических процессов, протекающих в полупроводниковых приборах.

6.2. Энергетическая диаграмма плоскостного транзистора и распределение концентрации носителей

Таким образом, распределение носителей рп, инжектированных эмиттером в базу, изменяется по линейному закону ( 6.4, а). Следует отметить, что реальное распределение носителей несколько отличается от линейного закона, что объясняется процессом рекомбинации некоторого числа дырок с электронами. На 6.4 индексом «О» обозначены равновесные концентрации носителей. Распределение носителей пр в области эмиттера аналогично их распределению в диоде при прямом включении, а распределение в области кол-

В ряде транзисторов, получаемых при изготовлении методом диффузии, концентрация нескомпенсированных примесей спадает.по направлению от эмиттера к коллектору и возникает поле, способствующее движению неосновных носителей от эмиттера к коллектору. Такие транзисторы называются дрейфовыми, и закон распределения носителей в базе отличается от уравнения (6.3). Это объясняется тем, что для бездрейфового транзистора величина концентрации носителей постоянна, а для дрейфового является функцией от х, что приводит к искажению линейного закона изменения рп (х) ( 6.4, б), так как градиент концентрации носителей вблизи эмиттера уменьшается.

6.4. Распределение концентрации носителей в бездрейфовом (а) и дрейфовом (б) транзисторах и распределение токов в электродах транзисто-Ра (в). ,