Полупроводниковый «p-n» — переход и его свойства

К полупроводникам относятся вещества, обладающие электрическими свойствами, промежуточными между свойствами металлов и диэлектриков. В полупроводниковых приборах прохождение тока обусловлено электронными явлениями, происходящими в материале полупроводника.

Электрические свойства полупроводниковых материалов определяются валентными электронами, а не прочно связанными с ядрами (участвующими в создании электропроводности) электронами. Поэтому при изучении свойств полупроводников представляют интерес те энергетические зоны, в которых располагаются валентные электроны, и те, в которые эти электроны могут переходить при увеличении их энергии.

При воздействии внешнего электрического поля на полупроводник создаётся 2 вида проводимости:

• — типа n в зоне проводимости (обусл. движением полусвободных и свободных электронов);
• — типа p в зоне заполнения (обусл. движением дырок).

При этом носители положительного заряда — дырки — перемещаются к отрицательно заряженному полюсу, а электроны — к положительно заряженному полюсу источника электрического поля. Указанная проводимость — собственная проводимость, которая обычно невелика.

Введение

незначительного количества инородных примесей значительно увеличивает электрическую проводимость полупроводника. При этом оказывается, что в зависимости от рода примеси можно получить проводимость как типа n, так и типа p.

n: з>>p (концентрация), основные носители — з, небольшое количество p (р-дырки).

р: р>>з, основные носители — р, небольшое количество з.

цn=0.

В результате соприкосновения вблизи границы полупроводников создаётся слой, лишённый основных носителей заряда и вследствие этого обладающий значительным сопротивлением R («запирающий слой»). Вследствие этого при соприкосновении полупроводников часть з, обладающих большей энергией, из области n будет диффундировать через пограничный p-n слой и рекомбинировать с дырками в р-области. Диффузия дырок в n-область — аналогично.

Тогда контактный слой полупроводника типа n оказывается обеднённым электронами и приобретает объёмный положительный заряд. Аналогично р принимает объёмный отрицательный заряд.

В области соприкосновения в полупроводнике типа р создаётся слой отрицательных неподвижных зарядов, а в n — слой положительных неподвижных зарядов, и на границе p-n-перехода образуется двойной запирающий слой (потенциальный барьер). Вследствие этого создаётся разность потенциалов Uзап запирающего слоя (контактная), препятствующая перемещению основных носителей.

Но это поле не является препятствием для неосновных носителей. Наоборот, оно способствует передвижению этих носителей заряда через p-n-переход, что несколько снижает потенциальный барьер, создаваемый запорным слоем. Средний ток через р-переход равен 0 (динамическое равновесие).

Включение p-n-перехода под прямое напряжение:

Полярность внешнего напряжения: — - к n, + - к р. Полярность приложенного напряжения обратна полярности Uзап.

Внешнее напряжение компенсирует запорный слой основные носители заряда приближаются к p-n-переходу, заполняют запирающий слой и уменьшают его толщину R, во внешней цепи появляется ток I (прямой ток, прямое напряжение).

Uвнеш R I .

Включение p-n-перехода под обратное напряжение:

Полярность внешнего напряжения: + - к n, — - к р. Полярность приложенного напряжения соответствует полярности Uзап.

Разность потенциалов р-n-перехода увеличивается основные носители заряда от пограничного удаляются от запирающего слоя и увеличивают его толщину R I (обратный ток, обратное напряжение). Обратный ток обусловлен неосновными носителями. Iпр?102 — 103Iобр.