Электронно-дырочный p-n переход

Рассмотрим плоскую модель образования p-n перехода. Пусть 2 части монокристалла полупроводника i - типа легированы одна акцепторной, а другая донорной примесями, взятыми в одинаковыхконцентрациях :N_A= N_D. Положим при этом образовалось 2 области соответственно с p- и n-проводимостями и с четким разделом между ними, который называют металлургической границей R.

В силу создавшейся разности концентраций начинается диффузия ОНЗ через металлургическую границу, в область с меньшей их концентрацией, где они станут ННЗ. После ухода дырки из р - области в ней остается отрицательный ион акцепторной примеси. После ухода электрона из n - области в ней остается положительный ион донорной примеси. Ионы примеси удерживаются силами кристаллической решетки и поэтому неподвижны.

По мере диффузии количество разнополярных ионов с обеих сторон R будет увеличиваться и т.о. возникает электрическое поле, напряженность Ē которого будет увеличиваться по мере диффузии. А значит будут увеличиваться силы поля и , воздействующие соответственно на положительные и отрицательные СНЗ. Силы поля противоположны силам диффузии. В результате количество ОНЗ, способных преодолеть силы поля, с течением времени будет уменьшаться.

Однако силы поля способствуют переходу ННЗ через металлургическую границу R. Пройдя ее часть из них рекомбинирует, а значит восстановливает ионы примеси, что вызывает уменьшение количества ионов. При этом напряженность поля уменьшается и несколько уменьшаются силы противодействия диффузии ОНЗ через металлургическую границу. С течением времени устанавливаеться термодинамическое равновесие (количество ОНЗ, преодолевших металлургическую границу, в среднем равно количеству ННЗ, преодолевающих ее в противоположном направлении). Термодинамическому равновесию соответствуют определенные значения напряженности поля Ē₀ , барьерной разности потенциалов ∆φ₀ и ширины области с ионами примесей d₀ .

Вблизи R происходит усиленная рекомбинация и там свободных носителей заряда (СНЗ) оказывается мало. Эта часть монокристалла обладает повышенным сопротивлением, по сравнению с периферийными областями.

p- n- переход- это:

Область монокристалла полупроводника с обеих сторон металлургической границы, образованная двумя слоями разнополярных неподвижных ионов примеси, в которой происходит усиленная рекомбинация. Благодаря усиленной рекомбинации эта область обеднена свободными носителями заряда и поэтому обладает повышенным по сравнению с периферийными областями сопротивлением.

При равных концентрациях атомов примесей (N_A =N_D ) переход формируется в равной мере как за счет р - области так и за счет n - области : d_p =d_n . Такой переход называют симметричным.

Если N_A> N_D , то переход формируется преимущественно за счет области с меньшей концентрацией . Тода d_p < d_n и переход называют несимметричным.

Перемещение ОНЗ через p-n переход под действием разности концентраций образует ток диффузии I_L = I_Lp+ I_Ln .

Перемещение ННЗ через p-n переход под действием сил электрического поля перехода образует ток дрейфа I_σ = I_{σ p}+I_{σ n} .

В целом монокристалл остается нейтральным, а ток I через переход равен 0:

I_L = I_σ или I_L- I_σ = 0

Электронно-дырочный переход (p-n переход) в кристалле, на который не подано внешнее напряжение, называется равновесным и напряженность электрического поля Ē в нем обозначают как Ē_0.

При повышении температуры t^о увеличивается концентрация ННЗ, уменьшается количество ионов, уменьшается ширина перехода d₀, уменьшается потенциальный барьер ∆φ₀, уменьшается Ē₀  и уменьшается сопротивление перехода. Токи через переход увеличиваются, термодинамическое равновесие устанавливается на новом , более высоком уровне. При дальнейшем повышении температуры t^о переход может исчезнуть.