Главная | Обратная связь

Образование р-n перехода

Кафедра общей и технической физики

Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики

Лабораторная работа 9

Исследование p-n перехода

 

 

 

Санкт-Петербург

 

Цель работы – изучение контактных явлений на примере р-n перехода диода.

 

Основные теоретические сведения.

Образование р-n перехода

Рассмотрим полупроводник, в одну часть которого ввели примесь n-типа, а во вторую – примесь р-типа, соответственно в первой части будет много электронов, а во второй части – много дырок. Из-за градиента концентраций носителей заряда возникает их диффузия в область с противоположным типом электропроводности через плоскость металлургического контакта (плоскость, где изменяется тип примесей, преобладающих в полупроводнике). В результате диффузии носителей заряда нарушается электрическая нейтральность областей, примыкающих к контакту. В р-области вблизи контакта после ухода из нее дырок остаются нескомпенсированные ионизированные акцепторы (отрицательные неподвижные заряды), а в n-области остаются нескомпенсированные ионизированные доноры (положительные неподвижные заряды). Образуется область объемного заряда, состоящая из двух разноименно заряженных слоёв (рис.1).

 

 

 

Рис.1. Образование р-n перехода. Металлургическая граница показана сплошной линией. - донор, - акцептор, - дырка, - электрон.

 

Между этими слоями возникает электростатическое поле, направленное из n-области в р-область и называемое диффузионным электрическим полем. Это поле препятствует дальней диффузии основных носителей заряда через металлургический контакт - устанавливается равновесное состояние. Между р- и n-областями при этом существует разность потенциалов, называемая контактной разностью потенциалов φ_конт. Потенциал n-области положителен по отношению к потенциалу р-области. Таким образом, электронно-дырочный переход (р-n переход) – это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.

Двойной электрический слой p-n перехода, обедненный носителями заряда (область объемного заряда), можно рассматривать как электрический конденсатор, емкость которого равна

.

Здесь S – площадь p-n перехода, ε – диэлектрическая проницаемость полупроводника, δ – толщина p-n перехода.