2 Закон равновесного состояния носителей зарядов.

Для полупроводников любого типа существует зависимость

, (1)

где - собственная концентрация носителей зарядов (электронов и дырок) в чистом полупроводнике;

- концентрация электронов и дырок в полупроводнике n-типа;

- концентрация электронов и дырок в полупроводнике p-типа;

А- коэффициент, зависящий от рода кристалла полупроводника;

- ширина запрещенной зоны в Э.В;

ДЖ- постоянная Больцмана;

- абсолютная температура.

Таким образом, концентрация основных и неосновных носителей зарядов при данной температуре является величиной постоянной.

3 Виды движений носителей зарядов.

В отсутствии электрического поля в полупроводнике электроны и дырки находятся в непрерывном тепловом (хаотическом) движении и ток в кристалле равен нулю. Различают два вида движения носителей зарядов и соответственно два вида токов в полупроводниках.

Дрейфовое движение - направленное движение носителей заряда под воздействием электрического тока.

Диффузионное движение - направленное движение носителей заряда под действием разности концентрации одноименных носителей зарядов. Носители зарядов, перешедшие из слоя с большей концентрацией в слой с меньшей концентрацией по мере движения в глубь по полупроводнику рекомбинируют (соединяются) с носителями зарядов противоположного знака, т.е. их концентрация уменьшается по экспоненциальному закону, стремясь к равновесной.

4 Полупроводниковый диод.

Двухэлектродный прибор с одним p-n переходом, обладающий односторонней проводимостью тока (рисунок 1). Принцип действия основан на специфике физических процессов, происходящих на границе p-n перехода.

Так как подвижность дырок ниже, чем подвижность электронов, то применяют p-n структуры с неодинаковой концентрацией основных носителей зарядов и выполняется условие .

Рисунок 1 Структура и условное обозначение полупроводникового диода.

В p-n переходе под действием разности концентрации одноименных носителей зарядов возникает встречные диффузионные движения основных носителей заряда через границу p-n перехода. Дырки, вошедшие в n-область из p-области рекомбинируют с электронами в этой области, а электроны, вошедшие p-область - с дырками в p-области. Вследствие этих факторов концентрация основных носителей заряда в приграничных областях, суммарная ширина которых , снижается (рисунок 2).

В соответствии с уравнением (1) снижение концентрации носителей заряда одного знака сопровождается повышением концентрации носителей заряда другого знака. Поэтому в p-области создается нескомпенсированный и отрицательный объемный заряд, а в n- области - нескомпенсированный объемный положительный заряд. Итак, на границе р-n перехода образуется объемный заряд и создается электрическое поле - разность потенциалов.

- потенциальный барьер. Толщина слоя объемного заряда – доля мкм.

Вследствие потенциального барьера создается тормозящее действие для основных и ускоряющее для неосновных носителей, т.е. диффузионный ток через границу уменьшается и вызывает появление встречного ему дрейфового тока, т.е., и суммарный ток во внешней цепи отсутствует.

Величина потенциального барьера зависит от ширины запрещенной зоны, величина которой определяется следующими факторами:

1 Материал полупроводника

2 Температура

3 Технология изготовления.

Рисунок 2 Потенциальный барьер на границе p-n перехода.