11. Контакт р- и n- полупроводников (p-n переход). Равновесное состояние.

Его главным свойством является односторонняя проводимость, т.е. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение). При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию донорной примеси Nд или акцепторной примеси Nа. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью n + или p + – эмиттером , с меньшей–слаболегированной– базой.

Его свойства лежат в основе работы диодов, транзисторов и большинства полупроводниковых приборов.

В момент создания контакта возникает резкая разница в концентрациях носителей: в n-области много свободных электронов и мало дырок, в p-области — наоборот. Это вызывает диффузию — процесс выравнивания концентраций. Однако, попав в чужеродную область, эти носители быстро рекомбинируют с основными носителями. В результате вблизи границы - неподвижные положительные ионы доноров и неподвижные отрицательные ионы акцепторов

Эти неподвижные объёмные заряды создают внутреннее электрическое поле (Eвн), направленное от n-области к p-области. Это поле препятствует дальнейшей диффузии основных носителей, но способствует дрейфу неосновных носителей через переход.

Равновесие наступает, когда потоки носителей через переход взаимно уравновешиваются: Iдиффузии = Iдрейфа

В этом состоянии существует установившаяся контактная разность потенциалов (φ₀), которая равна разности работ выхода

Свойства равновесного p-n перехода: 1) Образование области пространственного заряда (ОПЗ): Область, обеднённая подвижными носителями и содержащая только неподвижные ионы. 2) Наличие встроенного поля: Это поле является потенциальным барьером для основных носителей.

12. P-n переход: контактная разность потенциалов, толщина, напряжение пробоя, ёмкость p-n перехода.

При контакте - и -полупроводников из-за разности концентраций возникает диффузия носителей. На границе остаются некомпенсированные ионы примесей (положительные в -области, отрицательные в -области), создающие электрическое поле , которое останавливает диффузию.

**Контактная разность потенциалов ( )** Высота возникшего энергетического барьера: где — температурный потенциал ( мВ), — концентрации примесей. Для кремния В.

**Толщина перехода ( )** Ширина области, обедненной носителями. Зависит от внешнего напряжения :

• Прямое смещение ( ): уменьшается, барьер преодолевается, идет ток.

• Обратное смещение ( ): увеличивается, сопротивление растет.

Напряжение пробоя ( ) Критическое обратное напряжение, вызывающее резкий рост тока:

1. Лавинный пробой: ударная ионизация атомов разогнанными носителями (в широких переходах).

2. Туннельный пробой: квантовое просачивание электронов сквозь узкий барьер.

3. Тепловой пробой: разрушение решетки из-за перегрева (необратимо).

Ёмкость p-n перехода ( ):

1. Барьерная ( ): преобладает при обратном смещении. Аналогична емкости конденсатора с меняющейся толщиной диэлектрика :

2. Диффузионная ( ): возникает при прямом смещении из-за накопления инжектированных носителей в базе. Пропорциональна прямому току: Ограничивает быстродействие диода на высоких частотах.