Главная | Обратная связь

Образование и равновесное состояние р-n перехода

Возьмём монокристалл полупроводника, в одной области которого создан дырочный, а в другой – электронный тип проводимости (рис. 2.6а).

В области р основными носителями заряда являются дырки, которые на рис. 2.6 обозначаются знаком .Подавляющее большинство дырок примесного происхождения, весьма незначительная часть – собственные (возникающие за счёт термогенерации). Неосновными носителями заряда в полупроводнике р-типа являются электроны (обозначены знаком Ө), возникающие за счёт термогенерации (собственной проводимости).

В области n основными носителями заряда являются электроны (обозначаются знаком Ө), а неосновными – дырки. Распредление концентраций электронов - n_р , n_n и дырок р_р , р_n соответственно показано на рис 2.6б.

Рис. 2.6

Так как концентрация дырок в области р-р_р значительно больше, чем концентрация дырок в области n- р_n, а концентрация электронов в области n- n_n значительно превышает концентрацию электронов в области р-n_р, т.е. на границе р и n областей существует разность (градиент) концентрации подвижных носителей, то возникает диффузионное перемещение дырок из области р в область n, а электронов из области n в область р. Перемещение основных носителей зарядов за счёт диффузии создаёт диффузионный ток р- n перехода, имеющий дырочную и электронную составляющие

I_диф = I_диф.р + I_диф.n

и направленный из области р в область n.

При уходе дырок из области р в область n в приграничном слое области р остаётся нескомпенсированный объёмный отрицательный заряд акцепторных атомов (обозначены знаком «-»). При уходе электронов из области n в область р в приграничном слое n остаётся нескомпенсированный заряд атомов донорной примеси (обозначается знаком «+»).

Таким образом, электронный полупроводник заряжается положительно, а дырочный- отрицательно.

Между нескомпенсированными объёмными зарядами примесных атомов в приконтактоной области возникает диффузионное электрическое поле Е_ко, напряжённость которого направлена от области n к области р (рис. 2.6а,г), которому соответствует разность потенциалов между р и n областями, называемая контактной разностью потенциалов U_ко ( рис. 2б,в), являющаяся потенциальным барьером.

Диффузионное электрическое поле (контактная разность потенциалов) препятствует дальнейшей диффузии основных носителей, так как являются тормозящими для них. В то же время для неосновных носителей зарядов диффузионное поле является ускоряющим. Тепловое движение неосновных носителей в р и n областях приводит к попаданию части этих носителей в диффузионное поле, которое перебрасывает их в соседнюю область. В результете возникают встречные потоки неосновных носителей: дырки из области n дрейфуют в область р, а электроны – наоборот. За счёт этого создаётся ток неосновных носителей, называемый дрейфовым током или током проводимости

I_пров= I_{пров р}+ I_{пров n}

и направленный навстречу диффузионному току (из области n в область р). Ток неосновных носителей иногда называют также тепловым током, так как своим происхождением он обязан генерации пар носителей электрон-дырка под действием тепла.

Таким образом , через границу р и n областей (через переход) протекают навстречу друг другу одновременно два тока – ток диффузии и ток проводимости, поэтому результирующий ток через р- n переход равен разности

I_р-n=I_диф - I_пров.

В равновесном состоянии (при отсутствии внешних напряжений) в полупроводнике устанавливается термодинамическое равновесие, при котором I_диф и I_пров равны по величине и уравновешивают друг друга , поэтому

I_р-n= I_диф- I_пров.=0.

Следует отметить, что р- n переход обеднен основными носителями ,т.к. они при встречной диффузии усиленного рекомбинируют. Вследствие этого его сопротивление оказывается значительно большим, чем сопротивление р и n областей, поэтому его называют также запирающим или запорным слоем.