Инжекция
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Инжекция — физическое явление, наблюдаемое в полупроводниковых гомо- и гетеропереходах, при котором при пропускании электрического тока в прямом направлении через p-n-переход в прилежащих к переходу областях создаются высокие концентрации неравновесных («инжектированных») носителей заряда. Явление инжекции является следствием уменьшения высоты потенциального барьера в p-n-переходе при подаче на него прямого напряжения.
Явление инжекции лежит в основе работы многих полупроводниковых приборов: диодов, биполярных транзисторов, тиристоров, инжекционно-пролётных диодов, светодиодов и полупроводниковых инжекционных лазеров.
Особенностью явления инжекции в гетеропереходах является возможность наблюдения явления суперинжекции, при котором концентрация инжектированных носителей может превышать концентрацию легирующих примесей в области, из которой идет инжекция. Это явление принципиально важно для работы полупроводниковых инжекционных лазеров.
Инжекция в p-n-переходе
[править | править код]При достаточно высокой температуре, когда примесные атомы практически полностью ионизованы, в n-области, легированной донорами с концентрацией Nd, концентрация основных носителей (электронов) равна nn ≈ Nd. Так как в невырожденном полупроводнике концентрации электронов n и дырок p связаны[1] соотношением n·p =ni2, где ni — собственная концентрация носителей заряда, концентрация неосновных носителей (дырок) в n-области равна pn=ni2/ nn, причём nn ≫ ni ≫ pn.
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4c/%D0%98%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%B2_p-n-%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B5.png/220px-%D0%98%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%B2_p-n-%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B5.png)
В области p-типа, легированной акцепторами с концентрацией Na, концентрация дырок равна pp ≈ Na, в то же время концентрация электронов np=ni2/ pp, при этом выполняется соотношение pp ≫ ni ≫ np.
Распределение концентраций электронов и дырок в p-n-переходе в отсутствие тока показано на рисунке справа. Как видно, концентрация дырок в дырочной области pp (основные носители) постоянна и велика. В переходной области она уменьшается на много порядков и принимает малое значение pn в n-области (неосновные носители). Аналогично, концентрация электронов изменяется от большого значения nn в n-области до малой величины np в p-области.
В состоянии равновесия (при нулевом напряжении смещения) высота потенциального барьера Vbi устанавливается такой, что потоки носителей заряда, протекающие через p-n-переход в обоих направлениях, точно скомпенсированы. Например, поток электронов, движущихся из n- в p-область за счет диффузии и преодолевающих потенциальный барьер, равен потоку неосновных электронов, которые генерируются в p-области и, подходя к p-n-переходу, затягиваются электрическим полем в n-область. То же справедливо и для дырок.
Если теперь на p-n-переход подать напряжение смещения, то равновесие нарушится, потоки окажутся нескомпенсированными и через переход потечёт электрический ток. При этом значение тока будет зависеть от знака приложенного напряжения.
Рассмотрим, что будет происходить с диффузионным и дрейфовым токами, если к p-n-переходу приложить положительное внешнее смещение. При U>0 дырки из p-области устремятся в n-область, где они станут неосновными носителями. Так как pp > pn, эти дырки будут рекомбинировать с электронами. Однако вследствие конечности времени жизни дырок τp, рекомбинация произойдёт не сразу, поэтому в некоторой области за пределами перехода концентрация дырок будет оставаться больше pn. Одновременно с этим увеличится и концентрация электронов в n-области, так как дополнительные электроны войдут из электрода для компенсации объёмного заряда пришедших дырок. Аналогичным образом электроны будут переходить в p-область, становясь там неосновными носителями, и постепенно рекомбинировать с дырками. Поэтому и слева от перехода концентрация электронов увеличится, а также увеличится и концентрация дырок, которые войдут из левого электрода для компенсации объёмного заряда электронов.
Таким образом, инжекция заключается в увеличении концентрации носителей обоих типов по обе стороны от перехода, то есть в возникновении квазинейтральных областей повышенной проводимости[1].
Примечания
[править | править код]Литература
[править | править код]- Зюганов А. Н., Свечников С. В. Инжекционно-контактные явления в полупроводниках. — Киев: Наукова думка, 1981. — 256 с.
- Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. — Москва:Наука, 1977.
- Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов. — Физматлит Москва, 2008. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-0995-6.
Text is available under the CC BY-SA 4.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.