4.2 Електронно - дірочний перехід

( p-n перехід)

Електричний перехід між двома областями напівпровідника, одна з яких має електропровідність p - типу, а інша - n-типу, називають електронно -дірочним переходом або p-n - переходом. Такі переходи одержують шляхом введення в напівпровідник донорної і акцепторної домішок таким чином, щоб одна частина напівпровідника володіла електронною, а інша - дірочною електропровідністю. Створити електронно-дірочний перехід механічним з'єднанням двох напівпровідників з різними типами електропровідності неможливо.

Допустимо, що n- і p-напівпровідники стикаються один з одним (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Розподіл носіїв заряду в областях напівпровідника

при відсутності зовнішнього електричного поля.

Оскільки в n-напівпровіднику міститься велика кількість електронів, а в p-напівпровіднику – дірок, то між ними почнеться обмін носіями зарядів. У результаті цього в приконтактній області напівпровідника n-типу утворюється нескомпенсований позитивний заряд іонів донорної домішки, а в напівпровіднику р – типу виникає негативний заряд іонів акцепторної домішки. Область розподілу напівпровідників n- і p- типу виявиться збідненою вільними носіями заряду й, незважаючи на малу ширину (h ≈10^-6–10^-8м), буде володіти більшим опором, який значно перевищує опір іншої частини напівпровідників. Наявність негативного і позитивного об'ємного заряду приводить до утворення електричного поля, що перешкоджає подальшому дифузійному потоку носіїв заряду.

Якщо до p-області прикласти позитивний полюс джерела живлення, а до n-області - негативний, то зовнішнє електричне поле буде спрямоване зустрічно електричному полю, обумовленому об'ємними зарядами (рисунок 4.5).

Основні носії заряду в p- і n- напівпровідниках, які мають найбільшу енергію, одержують можливість проникнути через збіднений шар в області, де вони рекомбінуються. При такій полярності зовнішньої напруги електронно - дірочний перехід буде «відкритий» і через нього протікатиме прямий струм.

Рисунок 4.5 - Розподіл носіїв заряду в областях напівпровідника, коли зовнішнє електричне поле спрямоване зустрічно дифузійному.

При зміні полярності зовнішньої напруги електричне поле об'ємних зарядів і зовнішнє поле будуть збігатися за напрямком. У результаті дії сумарного електричного поля основні носії починають рухатися від переходу й перетнути перехід зможуть тільки неосновні носії (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 - Розподіл носіїв заряду в областях напівпровідника, коли

зовнішнє електричне поле збігається за напрямком з дифузійним.

Оскільки кількість неосновних носіїв у багато разів менше основних, то й струм, викликаний ними, буде менше, ніж струм, що з'являється при прямому включенні. При такому включенні електронно - дірочний перехід «закритий» і через нього протікає тільки малий зворотний струм неосновних носіїв заряду.

Вольт - амперна характеристика p-n переходу наведена на рисунку 4.7. Для опису цієї залежності використовується вираз

, (4.12)

де - струм насичення (при зворотному включенні p-n переходу цей струм дорівнює зворотному струму); U – прикладена напруга; q/k ≈ 40 В^-1 при кімнатній температурі.

Рисунок 4.7- Вольт - амперна характеристика p-n переходу.

Для більш повного та детального розуміння цього питання прочитайте матеріали 1 (стр.280-283), 2 (стр.233-234) література.