2.2.2 Диффузионный ток

Диффузионный ток – это направленное движение НЗ, возникающее из-за разности их концентраций.

Если какую-то часть полупроводника нагреть, то в этой области возникнет повышенная концентрация зарядов (за счет термогенерации, т.е. генерации, вызванной тепловой энергией).

Но чем выше концентрация НЗ, тем больше вероятность столновения электронов друг с другом, в результате чего электроны будут как бы «выталкиваться» из области с повышенной концентрацией НЗ в область, где эта концентрация ниже.

Таким образом, НЗ стремятся к выравниванию концентраций.

Это явление получило название «диффузия» - проникновение.

3 Контактные явления

3.1 p-n переход

P-n переход – это контакт двух полупроводников с разной проводимостью.

Контакт нельзя создать простым соприкосновением двух полупроводников, т.к. при этом неизбежен слой воздуха, окислов, грязи. Для получения p-n перехода используется особая технология.

p n

d – толщина перехода

d (0,1÷1) мкМ (1мкМ=10^-6 М)

3.1.1Симметричный p-n переход в равновесном состоянии

Переход называется симметричным, если выполняется условие:

концентрации ОНЗ двух полупроводников равны (концентрация дырок в полупроводнике p-типа равна концентрации электронов в полупроводнике n-типа).

Если указанное условие не выполняется, переход называется несимметричным.

Переход находится в равновесном состоянии, если отсутствует внешний источник питания (отсутствует внешнее поле).

Рассмотрим симметричный p-n переход в равновесном состоянии. В полупроводнике p-типа содержится большое количество дырок, а в полупроводнике n-типа их мало. В полупроводнике n-типа содержится большое количество электронов, а в полупроводнике p-типа их мало. Имеем разность концентраций, следовательно, возникает диффузия (проникновение) – носители заряда стараются выровнять концентрацию, в результате чего дырки из p-области перемещаются в n-область, в обратном направлении перемещаются электроны. Возникает направленное движение ОНЗ, т.е. возникает диффузионный ток: .

Нолик означает, что переход находится в равновесном состоянии.

Т.к. за направление тока принято считать направление движения дырок, то диффузионный ток будет протекать из p-области в n-область.

p

n

ОНЗ

I_ДИФО

Ө ОНЗ

Переход дырок и электронов в соседние области приводит к обеднению приконтактного слоя основными носителями заряда, а, следовательно, его сопротивление увеличивается . Таким образом, приконтактный слой обладает повышенным сопротивлением по отношению к другим областям. Такой слой называется запирающим.

В первоначальный момент (до диффузии) p- и n-области являлись электрически нейтральными. (Большое количество дырок в p-области нейтрализовалось примерно таким же количеством отрицательных ионов примеси. Аналогично, большое количество электронов в n-области нейтрализовалось таким же количеством положительных ионов примеси.)

В результате диффузии электрическая нейтральность перехода нарушается: в p-области окажутся избыточными отрицательные ионы примеси, а в n-области – положительные ионы примеси, вследствие чего p-область заряжается отрицательно, а n-область – положительно. Возникает разность потенциалов , называемая потенциальным барьером: , где - потенциал n-области;

- потенциал p-области.

Наличие разности потенциалов приводит к возникновению внутреннего электрического поля , направленного из n-области в p-область (от плюса к минусу).

p n

Е_ВН

Внутреннее поле является тормозящим для ОНЗ и ускоряющим для ННЗ, поэтому под действием этого поля ННЗ перебрасываются в соседние области. Возикает направленное движение ННЗ, т.е. возникает дрейфовый ток: .

p n

ННЗ Ө

ННЗ

Е_ВН

I_ДРО

Т.к. диффузионный и дрейфовый токи текут в противоположных направлениях, то суммарный ток через переход будет равен 0.

или

В равновесном состоянии перехода ток диффузии равен току дрейфа.