Пытаюсь понять работу pn-перехода на уровне зонной теории, поэтому внутри вы найдете несколько вопросов. Возможно глупых.

image

Tagged with →  

53 Responses to pn-переход

  1. Adooff:

    Итак, у нас имеется полупроводник N-типа с донорной энергетической зоной вблизи дна зоны проводимости. В донорной зоне куча электронов, которые под воздействием внешнего напряжения прыгают в зону проводимости и участвуют в образовании тока. Так?

    В полупроводнике Р-типа вблизи потолка валентной зоны есть акцепторная энергетическая зона, в которой находятся «украденные электроны». Соответственно в валентной зоне имеются дырки. Так?

    Теперь первый вопрос. Что произойдет при прямом подключении PN-перехода? Куда пойдут электроны из зоны проводимости полупроводника N-типа? В зону проводимости полупроводника P-типа? А потом «попадают» в дырки и будут двигаться в валентной зоне? Или как?

  2. RetMilk:

    попробуй сначала почитать какой-нибудь учебник по полупроводниковым приборам или хотя бы гугл или книжку «транзистор — это очень просто», в ней вообще комиксы. если останутся вопросы, задавай.

  3. OdaSpb:

    Я, издеваясь, обычно даю эту ссылку: http://britneyspears.ac/lasers.htm
    Что интересно, написано-то неплохо…

  4. OdaSpb:

    И да, ИМХО уместная гертруда с дружественной блог

    image

  5. RogMsk:

    Трипофобия — это боязнь дырок. Даже не знаю, что ещё сказать.

  6. Adooff:

    Я их зачитал до дыр. В них конечно все просто — Дети! Шарики с плюсиком идут сюда, а шарики с минусиком сюда! Диод работает! Ура! — но там абсолютно ничего не говорится о тонкостях процесса, а в нем вся соль.

  7. Adooff:

    Сначала я думал ее вставить, но она часто мелькает — надоела уже.

  8. RetMilk:

    кого «их»? судя по вопросам, ты не читал ничего.

  9. RetMilk:

    к тому же ты сам спрашиваешь на уровне шариков.

  10. Adooff:

    Ну так что господа науканы можете сказать по моему вопросу? Он мне кажется вполне прямым и понятным. Еще раз — что происходит в PN-переходе согласно квантовомеханической теории движения электронов в твёрдом теле?

  11. OdaSpb:

    Ну тонкости.. Попробуй книжку С. Зи «физика полупроводниковых приборов». В сети она есть, найти несложно.
    Твои вопросы — это раздел 2.4 второй главы.

  12. Саша Короленко Gnimo:

    что ты знаешь из квантовой механики, например?

  13. Adooff:

    Я ее читал и не нашел ответа на мой вопрос.

    Ну да ладно, не суть. Допустим там содержится ответ на мой вопрос. Значит я просто не смог его найти, не продрался сквозь дебри формул. Именно поэтому я спрашиваю у вас. Прошу помочь мне понять, а вы отсылаете меня назад. Ну отлично, чо.

    При этом, раз вы меня отсылаете к книгам и говорите, что я ничего не понимаю, значит сами читали эти книги, значит все понимаете. Тогда почему просто не ответить на мой вопрос? Ответить своими словами, что я и хочу услышать? Или этот вопрос настолько некорректен? Ну тогда скажите в чем он некорректен?

    Получается ситуация типа «вообще да, но сейчас нет» — все как–бы всё знают, но молчат как рыбы.

    Отвечайте на мой ответ!

  14. OdaSpb:

    Есть такое слово «рекомбинация». Оно вам знакомо?
    У Зи формулы в первом проходе читать вообще ИМХО не надо…

  15. Adooff:

    Знакомо, и что? Перешел электрон из валентной зоны в зону проводимости — появилась дырка. Перешел обратно — рекомбинировал с дыркой, дырка исчезла. Дальше то что?

    Электроны из зоны проводимости N-полупроводника потекут в зону проводимости P-полупроводника и там рекомбинируют с дырками в валентной зоне? Все электроны рекомбинируют? Большинство? Фифти-фифти?

  16. RetMilk:

    если оно тебе знакомо, то как тебе в голову мог придти вопрос «А потом «попадают» в дырки и будут двигаться в валентной зоне?»???777

  17. OdaSpb:

    ну как, вдали от перехода концентрации будут близки к равновесным — значит носители из-за линии фронта туда не долетают…

  18. Adooff:

    Ну а что тут не так? Электрон из зоны проводимости N–полупроводника рекомбинирует с дыркой в зоне валентности P–полупроводника и благодаря дырочной проводимости движется в этой зоне. Если я не прав, укажи в чем конкретно. Хватит лить воду.

  19. OdaSpb:

    Что такое «дырка»? И, что самое интересное, что такое «движется»?

  20. Namspace:

    Согласно квантовомеханической теории движения электронов в твёрдом теле, в PN-переходе происходит решение системы квантовомеханических уравнений.

  21. Adooff:

    Дырка — это отсутствие электрона в электронной оболочке. А движется — оно и есть «движется». Ведь дырка — это по сути абстракция и в дырочной проводимости все-равно участвуют и движутся электроны.

    То есть, электрон, попавший из полупроводника N-типа в P-тип, рекомбинирует там с дыркой и рано или поздно покинет полупроводник P-типа с противоположного конца, к которому подключен положительный полюс источника питания. Вот это и я называю движение.

  22. Ef7am:

    Квантовая механика нужна, чтобы объяснить откуда зоны берутся вместо дискретных уровней атомов и континуума состояний свободной частицы. В особенности запрещённая зона. И почему соотношение энергия-волновое число имеет хитрый вид. Причем первое вполне доступно для объяснения «на пальцах». Второе, может, тоже доступно, но не видел примеров. После того, как термины «валентная зона», «запрещенная зона», «зона проводимости» в голове улеглись, дальше идут обыкновенные классические уравнения переноса и классическая термодинамика. Про квантовую теорию можно забыть вообще, просто приняв на веру выводы зонной теории. А чего их не принять, когда они подтверждены завидное число раз в экспериментах.

  23. OdaSpb:

    На счет «дырка-абстракция» — в полупроводнике и электрон абстракция и групповой эффект в ровно той же степени.
    Ну и можете описать и так — хотя это не сильно корректно. Хотя бы потому, что электроны принципиально неразличимы, и кто там выйдет — это некорректная постановка.

  24. RetMilk:

    во-первых, какие ещё электронные оболочки? это же кристалл. забудь об отдельных атомах с их электронными оболочками.
    во-вторых, в результате рекомбинации исчезают и электрон, и дырка. оба сразу.
    в-третьих, электроны рекомбинируют в образце, они не пролетают всю структуру от края до края.

    ты учишься на соответствующей специальности или просто интересуешься?

  25. RetMilk:

    кстати, было бы интересно посмотреть на грамотную квантово-механическую теорию явлений переноса в полупроводниках. никто не встречал?
    а так да, даже для описания токов в квантово-размерных структурах решается уравнение Шредингера, уравнение Пуассона и уравнение непрерывности для заряда. Исключение, возможно, составляют структуры с баллистическим транспортом.

  26. OdaSpb:

    Из другой оперы — я видел описание экситона в одноэлектронном приближении. Мрак и ужас.

  27. Adooff:

    просто интересуюсь.

  28. Adooff:

    Понятно, что мое описание тоже не точно, а представляет собой какую-то абстракцию. Но копать глубже я не хочу. Мне бы на этом уровне разобраться и хватит.

  29. OdaSpb:

    На этом уровне можно сказать, что примерно половина носителей, подходящих к линии фронта, погибает не доходя до линии от рук перешедших фронт других, а половина — переходят линию фронта, и мочат идущих к фронту других же.
    Но суть процесса одна — один другой и один свой взаимно уничтожаются.
    Детали зависят от кучи вещей — но на пальцахТМ сойдет.

  30. Adooff:

    Еще хочу уточнить кое-что. Возможно ли, что электрон, попав из полупроводника N-типа в полупроводник P-типа, не рекомбинирует с дыркой, а «пролетит по зоне проводимости до самого конца и сгинет в положительном полюсе источника питания»?

  31. OdaSpb:

    Что подводит нас к другому, очень интересному и непростому вопросу «контакты металл-полурповодник»
    Вообще же, опять таки, неосновные носители существуют в любом полупроводнике — а конкретные штуки носителей принципиально неразличимы…

  32. Ef7am:

    Эта возможность описывается диффузионной длиной носителей заряда, т.е. надо сравнить размеры (в направлении тока) полупроводника с этой длиной. Для кремния эта длина — что-то около 100нм, если память не подводит.

  33. Ef7am:

    А вот в интернетах нашел 100мкм, правда в виде задачи о сферическом коне в вакууме. Для кремния. Ушел искать правду.

  34. OdaSpb:

    Ну правильнее искать время жизни, оно для непрямозонного материала может быть большим. Скорость можно более-менее оценить как скорость звука.
    Ну и вообще… картинки экситонных капель видел?

  35. Ef7am:

    В общем я облажался, спутав диффузионную длину, которая до рекомбинации, она действительно может быть порядка 100мкм, с длиной свободного пробега электрона в полупроводниках, которая до рассеяния электрона на решетке с передачей оной энергии, она порядка 100нм. Правда тут есть.
    Картинок экситонных капелек не видел, выкладывать сюда, я считаю. Пост с картинками всегда веселее.

  36. OdaSpb:

    Надо, кстати. Можно сказать своими глазами видел людей, открывших это.

    размер 500x291, 20.10 kb

  37. Саша Короленко Gnimo:

    Только посмотрев на эту картинку, я в полной мере осознал, как же я не люблю ФТТ.(

  38. OdaSpb:

    ??? с чего бы это???
    Красивейший эффект!

  39. Саша Короленко Gnimo:

    Да просто не люблю я ее и все тут, может учебники не те попались когда-то, фиг знает. А картинка, ну картинка и все тут, наверное я люблю изучать что-то масштабом побольше.

  40. OdaSpb:

    Ну если хочешь — в этой системе может наблюдаться ультраквантовый предел расщепления состояний в магнитном поле — все падает на нижний уровень Ландау. Второй случай такого, насколько я помню — белые карлики.

  41. RetMilk:

    когда астрофизики говорят «мэв», они имеют в виду МэВ, а когда твердотельщики — мэВ. мы такие разные.

  42. Adooff:

    Вот точно! Когда начал копать, мне тоже в голову пришли контакты металл–полупроводник с соответствующими вопросами.

  43. Adooff:

    Отлично. Значит в принципе это возможно, просто зависит от тех или иных параметров.

  44. OdaSpb:

    У меня есть серьезное подозрение, что вы не в ту сторону копаете.

  45. Adooff:

    Так. Я понял, что пока, модель (на пальцахТМ), которая сложилась у меня в голове, в принципе не противоречит законам природы. Это хорошо.

    Теперь, что будет, если PN-переход подключить обратно? Получается, в полупроводнике N-типа электроны, находящиеся в зоне проводимости отойдут от перехода. Дырки в валентной зоне полупроводника P-типа тоже отойдут от перехода. Соответственно электроны этой самой зоны наоборот — подойдут к переходу.

    Проведу аналогию, чтобы вы поняли, что у меня творится в голове. Есть зрительный зал со зрителями (электроны) и пустыми местами (дырки). В обычном состоянии зрители туда-сюда, без всякого порядка пересаживаются с места на место. Тут появляется конферансье (источник питания) и говорит, что начинается концерт. Все зрители затыкаются, перестают бегать и подсаживаются как можно ближе к сцене. В итоге — ближняя к сцене (PN переходу) часть зала полностью заполнена зрителями, а дальняя часть зала — пуста.

    Так вот. Электроны валентной зоны полупроводника P-типа толкаются у перехода и очень хотят его перейти. В валентную зону полупроводника N-типа им путь закрыт. Так? Тогда им остается только перескочить в зону проводимости. Но это не так легко, да? Я правильно понимаю, что это и есть тот самый барьер, который не дает течь току в обратном направлении? А пробой возникает, когда обратное напряжение настолько высоко, что электронам хватает энергии перейти в зону проводимости? Или я все не так понимаю?

  46. Adooff:

    Да не, именно это мне не важно, а просто интересно. Там, внизу, в сообщении, я повернул в нужную сторону.

  47. OdaSpb:

    Ну пробой там бывает разный.. То что описал, генерация пары по разные стороны перехода — это туннельный эффект

  48. Adooff:

    Ну а про барьер я верно сказал? Просто мне казалось, что если электроны даже из-за теплового движения могут переходить в зону проводимости, то этот барьер им не помеха, тем более, когда им помогает обратно приложенное напряжение. А оказывается барьер не так то прост, да?

  49. OdaSpb:

    У вас есть книжка Зи под рукой?
    я не хочу описывать все словами, без картинок — а рисовать картинки просто лениво.

  50. Adooff:

    Есть. Мне главное знать в правильном ли направлении я мыслю.

  51. OdaSpb:

    В неправильном, очевидно. Потому что без минимального понимания что когда применимо.

  52. Саша Короленко Gnimo:

    В любой сложной дисциплине мыслить лучше после выучивания определенных частей этой самой дисциплины и желательно не дальше этих самых частей. Знание в науке достаточно строго иерархично и учебники пишут не идиоты.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.