Меню Главная Случайная статья Настройки Инжекция Материал из https://ru.wikipedia.org 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 При достаточно высокой температуре, когда примесные атомы практически полностью ионизованы, в n-области, легированной донорами с концентрацией ${\displaystyle N_{d}}$, концентрация основных носителей (электронов) равна ${\displaystyle n_{n}\approx N_{d}}$. Так как в невырожденном полупроводнике концентрации электронов ${\displaystyle n}$ и дырок ${\displaystyle p}$ связаны[1] соотношением ${\displaystyle np=n_{i}^{2}}$, где ${\displaystyle n_{i}}$ — собственная концентрация носителей заряда, то концентрация неосновных носителей (дырок) в n-области равна ${\displaystyle p_{n}={\frac {n_{i}^{2}}{n_{n}}}}$, причём ${\displaystyle n_{n}\gg n_{i}\gg p_{n}}$. В области p-типа, легированной акцепторами с концентрацией ${\displaystyle N_{a}}$, концентрация дырок равна ${\displaystyle p_{p}\approx N_{a}}$, в то же время концентрация электронов ${\displaystyle n_{p}={\frac {n_{i}^{2}}{p_{p}}}}$, при этом выполняется соотношение ${\displaystyle p_{p}\gg n_{i}\gg n_{p}}$. Распределение концентраций электронов и дырок в p-n-переходе в отсутствие тока показано на рисунке справа. Как видно, концентрация дырок в дырочной области ${\displaystyle p_{p}}$ (основные носители) постоянна и велика. В переходной области она уменьшается на много порядков и принимает малое значение ${\displaystyle p_{n}}$ в n-области (неосновные носители). Аналогично, концентрация электронов изменяется от большого значения ${\displaystyle n_{n}}$ в n-области до малой величины ${\displaystyle n_{p}}$ в p-области. В состоянии равновесия (при нулевом напряжении смещения) высота потенциального барьера ${\displaystyle V_{bi}}$ 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 самое 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 ${\displaystyle U>0}$ дырки из p-области устремятся в n-область, где они станут неосновными носителями. Так как ${\displaystyle p_{p}>p_{n}}$, эти дырки будут рекомбинировать с электронами. Однако вследствие конечности времени жизни дырок ${\displaystyle \tau _{p}}$, рекомбинация произойдёт не сразу, поэтому в некоторой области за пределами перехода концентрация дырок будет оставаться больше ${\displaystyle p_{n}}$. 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 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 1 2 Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. — Москва: Наука, 1977. — С. 174, 259. Литература 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.