Электронно-дырочный n-p переход. Выпрямительные свойства n-p перехода

Граница соприкосновения p-n перехода обладает свойством пропускать ток в одном направлении. Это свойство p-n перехода положено в основу создания огромного семейства полупроводниковых приборов.

Разберем физические процессы в p-n переходе.

а) При отсутствии внешнего напряжения

Согласно выше описанной теории в “n” полупроводнике имеются: электроны – основные носители, положительные ионы, дырки (их количество мало). В “p” полупроводнике: дырки – основные носители, электроны – неосновные носители и отрицательные ионы.

В силу хаотичного перемещения электроны из “n” области перелетают в “p” область и заполняют там дырки. При этом в “n” области оказываются неподвижны положительные ионы, а в “p” области – неподвижны отрицательные ионы, т.е. в пограничной области создается разность потенциалов U_p-n и потенциальная диаграмма (распределение напряжения) p-n перехода показана на рис. 1.5, г.

При дальнейшем взаимном перелете электронов из “n” в “p” область отрицательные ионы отталкивают электроны назад или говорят, что создается запорный слой или барьер.

б) Работа p-n перехода при прямом включении внешнего напряжения

Если +U_a включено к “p” области, а -U_a к “n” области, то p-n переход оказывается включенным в проводящем направлении. При этом напряжения U_p-n и U_a действуют встречно, поэтому результирующий потенциал p-n перехода φ_рез= U_p-n - U_a уменьшается, потенциальный барьер

Рис. 1.5 - Работа n-р перехода при отсутствии внешнего напряжения (a, г), при прямом (б, д) и обратном (в, е) включении внешнего напряжения

понижается и условие перемещения основных носителей улучшается, т.е. под действием -U_a поток электронов из “n” области направляется в “p” область, под действием +U_a поток дырок из “p” области направляется в “n” область.

Таким образом через p-n переход перемещается большое число основных носителей и по цепи потечет прямой ток i_пр, измеряемый в А и кА, а сопротивление p-n перехода составляет доли Ом.

в) Работа p-n перехода при обратном включении внешнего напряжения

Если к “n” области приложить +U_a, а к “p” области -U_a, то напряжения U_p-n и U_a в p-n переходе действуют в одном направлении и результирующий потенциал φ_рез= U_p-n + U_a, благодаря чему потенциальный барьер увеличивается, и основные носители через p-n переход не перемещаются. Однако для неосновных носителей p-n переход оказывается включенным в проводящем направлении, и они, перемещаясь через p-n переход, создают i_обр. Так как неосновных носителей мало, то величина обратного тока мала и составляет мкА или мА, а обратное сопротивление кОм или Мом.

Таким образом, если подать переменное напряжение U_а в синусоидальной форме, то при положительной полуволне U_а p-n переход работает в проводящем направлении, а при отрицательной – в непроводящем направлении и ток через нагрузку в этот период проводить не будет.