2. Фізичні процеси, що відбуваються в р-п-переході
Розглянемо фізичні процеси, що відбуваються в р-п-переході (рис. 37.2).
Електрони з
п-напівпровідника,
де їх концентрація вище, будуть дифундувати
в р-напівпровідник,
де їх концентрація нижче. Дифузія ж
дірок відбувається
у зворотному напрямі – у напрямі р
п.
В п-напівпровіднику
через
вихід
електронів поблизу межі
залишається некомпенсований позитивний
об'ємний заряд нерухомих іонізованих
донорних
атомів. В р-напівпровіднику
через
вихід
дірок поблизу межі
утворюється негативний об'ємний заряд
нерухомих іонізованих
акцепторів (рис. 37.2). Ці об'ємні заряди
утворюють поблизу
границі подвійний
електричний шар, поле якого, направлене
від п-області
до р-області,
перешкоджає подальшому
переходу електронів у напрямі п
р
і дірок у напрямі р
п . Якщо
концентрації донорів і акцепторів в
напівпровідниках п-
і р-типу
однакові, то товщина шарів, в яких
локалізуються нерухомі заряди, однакова.
Рис. 37.2
Провідність p-n-переходу
Товщина шару p-n-переходу в напівпровідниках складає приблизно 10-6 – 10-7 м, а контактна різниця потенціалів – десяті частки вольт. Носії струму здатні подолати таку різницю потенціалів лише за температури в декілька тисяч градусів, тобто за звичайних температур рівноважний контактний шар є замикаючим (характеризується підвищеним опором).
Опір замикаючого шару можна змінити з допомогою зовнішньою електричного поля. Якщо прикладене до p-n-переходу зовнішнє електричне поле направлено від n-напівпровідника до р-напівпровідника (мал. а), тобто співпадає з полем контактного шару, то воно викликає рух електронів в n-напівпровіднику і дірок в p-напівпровіднику від межі p-n-переходу в протилежні сторони. В результаті замикаючий шар розшириться і його опір зросте.
Рис. 37.3
Напрям зовнішнього поля, що розширює замикаючий шар, називається замикаючим (зворотним). В цьому напрямі електричний струм через p-n-перехід практично не проходить. Струм в замикаючому шарі в замикаючому напрямі утворюється лише за рахунок неосновних носіїв струму (електронів в р-напівпровіднику і дірок в n-напівпровіднику).
Якщо прикладене до p-n-переходу зовнішнє електричне поле направлено протилежно полю контактного шару (рис. 37.3,б), то воно викликає рух електронів в n-напівпровіднику і дірок в р-напівпровіднику до границі p-n-переходу назустріч один одному. В цій області вони рекомбінують, товщина контактного шару і його опір зменшуються. Отже, в цьому напрямі електричний струм проходить крізь p-n-перехід в напрямі від р-напівпровідника до n-напівпровідника; цей напрям називається пропускним (прямим).
Таким чином, p-n-перехід має односторонню (вентильну) провідність.
3. Напівпровідникові діоди
Напівпровідниковий діод – це напівпровідниковий пристрій, що містить один p-n-перехід.
Точковий напівпровідниковий діод
Приклад: точковий германієвий діод (рис. 37.4). Тонка вольфрамова проволока 1 притискається до n-германію 2 вістрям, покритим алюмінієм. Якщо через діод в прямому напрямі пропустити короткочасний імпульс струму, то при цьому різко підвищується дифузія А1 в Ge і утворюється шар германію, збагаченого алюмінієм і такого, що має р-провідність. На границі цього шару утворюється p-n-перехід, який має високий коефіцієнт випрямляння.
Завдяки малій місткості контактного шару точкові діоди застосовуються як детектори (випрямлячі) високочастотних коливань аж до сантиметрового діапазону довжин хвиль.
Рис. 37.4 Рис. 37.5