1.4. Електронно-дірковий перехід

Такий перехід виникає на межі з’єднання двох напівпровідників, один з яких має електронну провідність  n-типу, а другий  діркову  p-типу (тому такі переходи ще називають p-n-переходами ). Структуру електричних зарядів такого з’єднання зображено на рисунку 6. Розглянемо фізичні процеси, що відбуваються в такій структурі.

Концентрація дірок в областіp, де вони є основними носіями заряду  ОНЗ, набагато більша, ніж в області n (там вони неосновні носії  ННЗ). Концентрація електронів навпаки більша в області n. Концентрації домішкових іонів в обох областях кристала одинакові, отже одинакові і концентрації основних носіїв заряду. Таким чином, обидві області електрично нейтральні. При з’єднанні напівпровідників з різним типом провідності виникає дифузія основних носіїв заряду. Дірки починають переміщуватися з області p в область n, а електрони  з області n в область p. На межі з’єднання цих областей дірки і електрони зустрічаються. Це призводить до їх взаємного знищення. Такий процес називається рекомбінацією основних носіїв заряду. В результаті цього в тонкому шарі навколо границі з’єднання напівпровідників концентрація основних носіїв різко знижується. При цьому також виникають некомпенсовані заряди домішкових іонів – позитивних в n області і негативних в p області. В свою чергу між ними виникає статичне електричне поле, вектор напруженості якого направлений з області n в область p. Це поле перешкоджає переміщенню електронів з області n в область p, а дірок – з області p в область n, тому його називають замикаючим полем. Область кристала, в якому виникає знижена концентрація ОНЗ, і, як наслідок, замикаюче поле, називають електронно-дірковим переходом, або p-n-переходом.

Замикаюче поле затримує більшу частину основних носів заряду, які в процесі дифузії прагнуть перетнути перехід. Але носії з найбільшою енергією здатні це зробити. В результаті через ізольований перехід протікає дифузійна складова струму j_диф, яка направлена з області p в область n.

Замикаюче електричне поле перешкоджає переміщенню основних носіїв заряду через перехід, але одночасно воно сприяє переміщенню через перехід неосновних носіїв заряду. В результаті цього процесу через ізольований перехід протікає дрейфова складова струму jдр, яка протилежна за напрямком дифузійній складовій і дорівнює їй за величиною, тобто

j_диф = - j_диф,

або

j_диф + j_диф = 0.

Отже в ізольованому переході струм відсутній.

Таким чином, на межі з’єднанні напівпровідників з різними типами провідності виникає p-n-перехід. В області переходу існує електричне поле, яке перешкоджає переміщенню основних носіїв заряду. Як наслідок цього, концентрація основних носіїв заряду в переході набагато нижча, ніж в решті кристала, а електричний опір суттєво вищий.

В області p-n-переходу виникає також різниця потенціалів: потенціал позитивних іонів n області вищий за потенціал негативних зарядів p області. Величина цього потенціального бар’єру залежить головним чином від матеріалу напівпровідника і становить величину 0,3‑0,5 В для германія і 0,6-0,8 В для кремнію.