Cлой обедне́ния ( обеднённый, истощённый слой ) — в физике полупроводников , слой на границе двух материалов с пониженной, по сравнению с равновесной , концентрацией основных носителей . В области обеднения практически остаются только ионизированные донорные или акцепторные примеси, создающие объёмный заряд.

Примером структур, в которых при определённых условиях образуются слои обеднения, могут служить p-n-переходы , или гетерограницы полупроводников с разными ширинами запрещённых зон , или контакт металл-полупроводник .

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

Образование обеднённого 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 вольт-амперной характеристики контакта. Нелинейные свойства используются для выпрямления электрического тока , для преобразования, усиления и генерации электрических колебаний .

На границе металл-полупроводник электроны из полупроводника переходят в металл, создавая некоторую плотность тока ${\displaystyle j_{1},}$ а электроны металла — в полупроводник, с плотностью тока ${\displaystyle j_{2}.}$ Эти токи в общем случае не равны по величине. Если, например, ${\displaystyle j_{1}<j_{2},}$ 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 в сторону меньшей энергии, и концентрация электронов в приконтактном слое будет больше, чем в объёме ( обогащённый слой ). В противоположном случае ${\displaystyle j_{1}>j_{2},}$ установившееся искривление зон приведет образованию обеднённого 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 ёмкостью , которая получила название зарядной ёмкости .

Обеднённый слой обладает большим удельным электрическим сопротивлением из-за низкой концентрации носителей заряда и является основным рабочим слоем во многих полупроводниковых приборах: диодах , транзисторах , варикапах и других.

Примечания

Литература

• .
• Бонч-Бруевич В. Л. , Калашников С. Г. Физика полупроводников. — Москва: Наука, 1977.

См. также

• Слой обогащения
• Инверсный слой