 |
|
P-n-переход при отсутствии внешнего напряжения
Электронно-дырочный переход
В неоднородном полупроводниковом монокристалле на границе двух областей, одна из которых имеет электронную электропроводность, а другая - дырочную, возникает тонкий переходный слой, обладающий особыми свойствами – электронно-дырочный переход.
P-n-переход при отсутствии внешнего напряжения
На границе p- и n-областей из-за большого градиента концентрации дырок и электронов возникает их диффузия в соседние области. В p-области остается нескомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси, а в n-области положительный заряд ионов донорной примеси. В результате в переходной области возникает электрическое поле, вызывающее дрейфовый ток, направленный навстречу току диффузии. Так как результирующий ток в разорванной цепи равен нулю, происходит уравновешивание сил дрейфа и диффузии:
jдр+jдиф=0.
Контактная разность потенциаловмежду положительно заряженной n-областью и отрицательно заряженной p-областью найдем из условия равенства нулю тока через p-n-переход при отсутствии внешнего напряжения:
jp.др+jp.диф=0 jn.др+jn.диф=0.
Например, для дырочного тока:
-qmpp(dj/dx)-qDp(dp/dx)=0
dj=-(Dp/mp)(dp/p)
Из формулы Эйнштейна Dp/mp=kT/q=jm- это тепловой потенциал микрочастицы. При Т=3000К jm=26мВ.
Проинтегрируем dj=-jm 
по всей ширине перехода:
jn-jp=jk=jmln(pp/pn)
или
jk=jmln(NaNд/ni2)
jk - это потенциальный барьер, который создает внутреннее электрическое поле в переходе для перехода дырки в n-область, а электрона в p-область.
Для германиевого перехода jк=0,3...0,4В, для кремниевого jк=0,7...0,8 В.
Напряженность поля максимальна на границе областей внутри зоны перехода
Emax=qNadp/e=qNдdn/e
и линейно убывает до нуля на границах перехода.
Ширина перехода d=dp+dn. Суммарные положительные заряды ионов доноров и отрицательные заряды ионов акцепторов равны: Nadp=Nдdn, поэтому в несимметричном переходе зона d проникает больше в слабо легированную область. Область с высокой концентрацией примеси называют эмиттером.
Ширина p-n-перехода
d= 
Для сплавных переходов d»2 мкм.
Еmax=3000 В/см, jдиф»30000 А/см2.