Электронно-дырочный переход при воздействии внешнего электрического поля

Прямое включение р-n-перехода

Включение, при котором полярность источника совпадает с полярностью ос­новного носителя, называют прямым.

Действие прямого напряжения поясняет­ся потенциальной диаграммой (рис. 6).

Рис. 6. Прямое включение p-n-перехода

Рис. 7. Обратное включение p-n-перехода

Электрическое поле, создаваемое внеш­ним источником (Е_вн), действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Вы­сота потенциального барьера уменьшается и становится равной Δφ= Δφ_k-U.

Диффузионный ток возрастает, так как большее число основных носителей может преодолеть потенциальный барьер.

В то же время дрейфовый ток уменьшается по той же причине, а также из-за уменьшения ширины р-n-перехода (рис. 6, L₁<L). Уменьшение ши­рины снижает вероятность захвата полем пе­рехода неосновных носителей.

В результате ток перехода уже не равен нулю:

I_пер= I_диф +I_др≠0.

Ток, возникающий при прямом включении, называется прямым током р-n-перехода. Он обусловлен диффузионным током основных носителей.

Обратное включение р-n-перехода

Включение, при котором полярность источника не совпадает с полярно­стью основного носителя, называется обратным.

В этом случае электрическое поле, создаваемое внешним источником, складывается с полем контактной разности потенциалов (рис. 7).

Результирующее поле усиливается, а потенциальный барьер становится равным Δφ= Δφ_k+U.

Уже при небольшом повышении барьера диффузионное перемещение ос­новных носителей через переход практически прекращается, т.е. I_диф=0, так как их энергии недостаточны для преодоления барьера. Дрейфовый ток незна­чительно увеличивается из-за увеличения разности потенциалов и ширины р-n-перехода (L₂>L). Общий ток перехода становится равным I_пер= -I_др= I₀

Ток, проходящий через p-n-переход при обратном включении, называется

обратным. Он обусловлен дрейфовым током неосновных носителей.

Поскольку концентрация неосновных носителей на несколько порядков меньше, чем основных, то и ток в обратном направлении во много раз меньше. Вследствие этого обратное сопротивление перехода больше прямого.

Переход металл - полупроводник

В современных полупроводнико­вых приборах кроме электронно-дырочных переходов применяют так­же контакт между металлом и полу­проводником.

Процессы в таких переходах за­висят от работы выхода электронов, т.е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела. В различных металлополупроводниковых переходах может возни­кать как выпрямляющий, так и невы­прямляющий переход.

Невыпрямляющий (омический) переход

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 8) работа выхо­да электронов из металла А_м меньше, чем работа выхода из полупроводника А_n, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник.

В слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т.е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения.

Такой переход не обладает выпрямляющим свойством. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.

Рис. 8. Омический переход

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 8), если работа выхода электронов из полупро­водника меньше, чем работа выхода из металла (А_р<А_м). В этом случае из по­лупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направле­нии. В приграничном слое полупроводника также образуется область, обога­щенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление.

Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупро­водниковых приборах при устройстве выводов от n- и p-областей. Для этой це­ли подбираются соответствующие металлы.