3.1, CHAT BAN DAN VA TINH CHAT CUA CHAT BAN DAN 3.1.1.CHAT BAN DẪN THUAN
3.2.1. TIEP GIAP P-N KHONG DUOC PHAN CUC
Phan bố hạt dẫn trong tiếp giáp đơn thể không được phân cực được biểu diễn trên hình 3.3. Lỗ trống được tập trung với nồng độ cao trong bán dẫn loại p, nơi mà lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tử tập trung nhiều tại bán dẫn loại n nơi điện tử là hạt dẫn đa số.
Do phân bố nồng độ không đồng đều hai bên của tiếp giấp p-n nên các hạt đẫn đa số điện tử và lỗ trống có xu hướng khuếch tấn theo chiêu Gradient nồng độ phân bố của chúng. Khi điện tử và lỗ trống vượt qua tiếp giáp chúng lại trở thành hạt thiểu số và tái hợp với bạt đa 77
số làm giảm nông độ hạt dẫn trong vùng khuếch tán. Vùng khuếch tán còn được gọi là vùng nghèo bởi vì trong vùng này nồng độ hạt dẫn nhỏ hơn rất nhiều so với nồng độ hạt đa số (điện tử và lỗ trống) ban đầu.
Như vậy vùng nghèo tôn tại ở cả hai bên của tiếp giáp p-n.
Ving nghèo
———— ru]
Bán dẫn loại p tư. 2/71 Bán đẫn loại n
@) Mật độ
dong
B (b)
Phân bố Khoảng cách
điện tích Ị
| ©)
L-] H
Phan b6 V H Khoảng cách
điện thế Vo
9 (@)
Khoảng cách Ve
Phan bé E
điện trường
0 † ©
' Khoảng cách Hỡnh 3.3. Tiếp giỏp pơn khụng được phõn cực : a) Tiếp giỏp p-n ;
b) Phân bố hạt dẫn ; c) Phân bố điện tích ; d) Biến thiên điện thế ;
b) Phân bố điện trường.
78
oe ‘eee
vegeta,
Điện tử trong bán dẫn n của tiếp giáp sau khi khuếch tán qua tiếp giáp để lại nguyên tử mang điện tích dương do đó vùng nghèo trong bán dẫn n của tiếp giấp p-n lại mang điện tích dương. Cũng như thế lỗ trống sau khi khuếch tán qua tiếp giáp, tái hợp để lại trong bán đẫn p những nguyên tử mang điện tích âm vì vậy vùng nghèo trong phần bán dẫn p lại mang điện tích âm. Quá trình khuếch tán và để lại các nguyên tử mang điện tích, sẽ tạo ra một điện trường nội, hướng từ n sang p, chính điện trường này lại hạn chế sự khuếch tán của các hạt đa số, đồng thời tăng cường dòng trôi
theo chiều ngược với đòng khuếch tán.
Dòng trôi của điện tử được phóng vào bán dẫn p là:
Jạyạp =—nủQUạE ›
trong đó : E= = va p, 14 do linh dong cia dién ty. d
x
Tương tự như thế, đũng trụi của 16 trống đi vào bỏn dẫn ứ là:
đpayy = —nquyE
2 dV gs aay . 3a TÃ tế
trong đó : E= ke va p, 18 d6 linh dong cua lỗ trống.
x
Nhu vậy đòng trôi của điện tử và lỗ trống đều phụ thuộc vào cường độ điện trường của tiếp giáp. Trong khi đồng trôi của các hạt dẫn phụ thuộc vào cường độ điện trường thì dòng khuếch tán của các hạt đa số qua tiếp giấp lại phụ thuộc vào gradient nồng độ của chúng. Dong
A ak z ar di
khuếch tán của các lỗ trống trong bán dẫn loại n là: J,„„ = ~D, wee x qdn,
dx -
trong đó : Dụ, Dạ lần lượt là hệ số khuếch tán của lễ trống và điện tử.
Khi không phân cực ngoài cho tiếp giấp p-n, tổng các đồng chảy và của điện tử trong bỏn dẫn loại p là: ẽ„„w = -D,
qua tiếp giáp bằng không tức là đồng trôi và đồng khuếch tấn bằng nhau nhưng có chiều ngược nhau.
79
Voice + Tage = 0
dv dn
ngu, ——~p, dx dx e.g (3-12)
và dự- Du, d
Hy om
Lay tich phan theo ngưỡng của cả hai vế của biểu thức (3-12) với V,< V<V, là giới hạn điện Ấp trên vùng nghèo và Dp<n<n, JA giới hạn nồng độ điện tử. Nếu Vạ là rào thế của tiếp giáp p-n, Vp;=V, - Vẹ thì ta có:
Va nh n P @-13)
Khi n,=N, va n?2= np =N,.n, va by -KT thì:
Hy q
W “HS
Hạ ny
(3-14) JKT (NaN,
q nỷ
VÌ nˆ=NN, exp(-E, /KT)
Ww =#Tụ NT exp(E Kr) | 5 q NoN cNy ae
(3-15)
“Eel a q q
NeNy
Từ biểu thức trên ta có thể nhận được biểu thức xác định mối quan hệ giữa rào thế của lớp tiếp giáp p-n và độ rộng đải cấm của bán dẫn cùng nhiệt độ làm việc, nỗng độ pha tạp Nạ, N, của bán dẫn, Nông độ pha tạp tăng dẫn đến điện thế rào tăng.
Nồng độ hạt dẫn biến thiên dọc theo chiều đài của vùng nghèo.
Chúng ta có thể xác định cụ thể quy luật biến đổi của chúng từ các điều kiện bờ của vùng nghèo. Tại vị trí X=-wq từ (3-14) ta có thể viết;
80
đo đó ta có. NiNe =exp (4)
nj T
tai x=-w,, thi nj =n,N,
nén NaN, _ csn( te } nN, KT
Từ đó, ta có thể tìm được nồng độ hạt dẫn thiểu số ở bờ vùng nghèo trong bán dẫn loại p là:
n, = Ny |) (3-16)
Tương tự như trên ta hoàn toàn có thể xác định được nồng độ hạt dẫn thiểu số tại bờ vùng nghèo trong bán dẫn loại n:
=N qe 3-17
Pa sexo - | (3-17)
Như vậy chúng ta có thể thấy doc theo vùng nghèo nồng dé hat dan giảm dân từ giá trị lớn nhất N, va N, đến B, VÀ P„.