Контакт электронного и дырочного полупроводников

Тонкий слой на границе раздела двух примесных полупроводников с разным типом проводимости называется электронно-дырочным переходом или p – n переходом.

Если в кристалле полупроводника сформировать область, обладающую n - типом проводимости (ввести донорную примесь) и контактирующую с ней область с p – типом проводимости (ввести акцепторную примесь), то электроны из n - типа, где их концентрация высока, будут диффундировать в область р - типа, где их много меньше. Диффузия дырок будет происходить в обратном направлении, из р - типа в n - тип. Диффундируя во встречных направлениях через пограничный слой, электроны и дырки рекомбинируют друг с другом. Поэтому область p – n перехода оказывается сильно обедненной подвижными носителями заряда и приобретает большое сопротивление. В полупроводнике n - типа вследствие ухода электронов вблизи границы раздела остается не скомпенсированный положительный заряд ионизованных донорных атомов, а в полупроводнике р - типа из-за ухода дырок вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд ионизованных акцепторов. Эти объемные заряды образуют двойной электрический слой шириной d, напряженность электрического поля которого направлено от n к р и препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок. Поле носит название поля контактной разности потенциалов. Этот контактный слой обладает высоким сопротивлением и называется запирающим.

Полупроводниковый диод и его вольт - амперная характеристика (вах)

Полупроводниковые приборы, содержащие один p – n переход, называются диодами. Сопротивление запирающего слоя p – n перехода можно изменять с помощью внешнего электрического поля.

Е сли приложенное к p – n переходу внешнее электрическое поле Е направлено противоположно полю контактного слоя Е_к, то оно вызывает движение основных носителей заряда: электронов в n - типе и дырок в р - типе, к границе перехода, т.е. навстречу друг другу. При этом толщина слоя (d) и его сопротивление уменьшаются и через диод течет ток основных носителей заряда. Такое направление называется прямым или пропускным.

Если приложенное к p-n-переходу электрическое поле совпадает по направлению с полем контактного слоя Е_к, то оно вызывает движение электронов в n - типе и дырок в р - типе в противоположные стороны от границы перехода. При этом запирающий слой (d) расширяется, его сопротивление возрастает, и ток через диод практически не течет. Такое направление внешнего электрического поля называется обратным или запирающим. Таким образом, диод обладает односторонней проводимостью, т.е. пропускает ток только в одном направлении.

Из ВАХ диода видно, что сила тока основных носителей заряда через диод быстро возрастает с ростом прямого напряжения. Такой ток называется прямым. При обратном напряжении внешнее поле препятствует движению основных носителей заряда к границе p – n перехода и небольшой обратный ток через диод полностью обусловлен не основными носителями. Резкое возрастание обратного тока означает пробой контактного слоя и его разрушение. Односторонняя проводимость диода широко используется для выпрямления переменного тока.