1. Елементи зонної теорії

1.3. Електронно-дірковий перехід

 Електронно-дірковим або р–n-переходом називають перехідний шар на межі двох областей напівпровідника з різними типами провідності. Такий перехід є «основною деталлю» більшості напівпровідникових приладів. Це означає, що робота більшості напівпровідникових приладів (діодів, транзисторів, тиристорів та інших) ґрунтується на використанні властивостей одного чи кількох р–n-переходів.

Технологічні процеси утворення р–n-переходу можуть бути різними: це сплавлення, епітаксія (орієнтований ріст кристала одного типу на поверхні іншого), дифузія однієї речовини в іншу  [ див. Лекцію № 4, § 4.2.1, § 4.2.3] та інші.

За конструкцією електронно-діркові переходи можуть бути симетричними і несиметричними (див. § 1.3.1), площинними і точковими.

Площинний р–n-перехід являє собою шарово-контактний елемент в об’ємі кристала на межі двох напівпровідників з провідностями р- і n-типів (рис. 1.6,а)). Лінійні розміри площини переходу більші за його товщину. Площинний р–n-перехід створюється під час процесів дифузії однієї речовини в іншу або епітаксіального нарощування шару напівпровідника з певними властивостями на інший шар напівпровідника.


Рис. 1.6. Площинний (а) та точковий (б) р–n-переходи

Точкові переходи створюються формовкою: крізь контакт металевої голки й пластини напівпровідника (рис. 1.6,б)) пропускають великий струм (декілька амперів). Відбуваються сильне нагрівання і часткове розплавлення обох речовин у місці контакту. В результаті дифузії атомів матеріалу голки в напівпровідник змінюється тип провідності в тонкому шарі напівпровідника, що прилягає до голки. Наприклад, якщо пластинка германію має n-провідність, а голка із берилієвої бронзи, то відбувається дифузія Берилію (4Вe) в германій, і створюється тонкий р-шар напівпровідника напівсферичної форми. Внаслідок малої площі контакту допустимий прямий струм таких р–n-переходів невеликий – 10-20 (мА), а міжелектродна ємність мала, що дає змогу застосовувати такі прилади при високих частотах струмів.

Для всіх типів р–n-переходів основною властивістю є несиметрична електропровідність, яка означає залежність величини електричного струму через перехід від полярності зовнішньої прикладеної напруги. Далі уважно проаналізуємо процеси в електронно-дірковому переході.

Зауваження. В змістовій частині матеріалу лекції розглянуті, так звані, гомопереходи (від. грец. гомо – однорідний), що створені напівпровідниками з однаковою шириною забороненої зони. У сучасній електронній техніці все більше застосування знаходять прилади з гетеропереходами (від. грец. гетеро – різнорідний), створеними між двома напівпровідниками з різною шириною забороненої зони. Причому застосування знаходять усі чотири можливі типи гетероструктур між двома різними напівпровідниками 1 і 2 . Гетеропереходи ефективно використовують у випромінювальних та фотоелектричних приладах, елементах інтегральних схем та інших. Типовими прикладами є гетеропереходи між GaAs і GaAsP, GaAs і AlGaAs, GaP і GaAsP, InP і GaInAs. Детальний аналіз процесів у гетероструктурах надається при вивченні дисципліни «Напівпровідникові прилади».