Слой обеднения

Cлой обеднения (обедненный, истощенный слой) в физике полупроводников характеризует пониженную, по сравнению с равновесной концентрацию основных носителей на границе двух материалов.

Примером могут служить p-n-переходы или гетерограницы двух полупроводников с разными ширинами запрещённых зон или граница металл-полупроводник.

На границе металл-диэлектрик можно также получить обедненный слой при приложении электрического поля, что является основным физическим принципом работы полевого транзистора.

Образование обедненного слоя

При контакте двух различных полупроводников, или полупроводника с металлом в пограничных слоях возникают потенциальные барьеры, а концентрации носителей заряда внутри этих слоев могут сильно изменяться по сравнению с их значениями в объёме. Свойства приконтактных слоев зависят от приложенного внешнего напряжения, что приводит нелинейности вольтамперной характеристики контакта. Данные нелинейные свойства используются для выпрямления электрического тока, для преобразования, усиления и генерации электрических колебаний.

Рассмотрим контакт металл-полупроводник: электроны из полупроводника переходят в металл, создавая некоторую плотность тока j 1 {displaystyle j_{1}} , а электроны металла — в полупроводник, образуя плотность тока j 2 . {displaystyle j_{2}.} Эти токи в общем случае не равны по величине. Если, например, j 1 < j 2 , {displaystyle j_{1}<j_{2},} то полупроводник будет заряжаться отрицательно, а металл — положительно до тех пор, пока оба тока не скомпенсируют друг друга. В установившемся состоянии края энергетических зон могут оказаться изогнутыми вниз, а концентрация электронов в приконтактном слое — больше, чем в объёме (обогащенный слой). В противоположном случае j 1 > j 2 , {displaystyle j_{1}>j_{2},} установившееся искривление зон приведет образованию обедненного приконтактного слоя.

Свойства

Толщина обеднённого слоя возрастает с увеличением приложенного обратного напряжения, при этом также растет полная величина заряда, сосредоточенного в слое. Отсюда следует, что контакт обладает определённой емкостью, которая получила название зарядной ёмкости.

Обеднённый слой обладает большим удельным электрическим сопротивлением и является основным рабочим слоем полупроводникового диода, транзистора, варикапа и других полупроводниковых приборов.