Электронно-дырочный переход

Использование большинства полупроводниковых приборов основано на процессах, протекающих на границах соприкосновения двух областей различных типов проводимости.

Предположим, что в полупроводник слева от плоскости соприкосновения введены акцепторные примеси, а справа — донорные (рис. 2).

Носители заряда, определяющие вид проводимости в примесном полупроводнике, называются основными (дырки в р-полупроводнике и электроны в n-полупроводнике), а носители заряда противоположного знака — неосновными. Дырки будут диффундировать слева направо из области р в область п. Свободные электроны будут диффундировать в противоположном направлении. В итоге слева от плоскости соприкосновения образуется избыточный отрицательный заряд, а справа — избыточный положительный заряд. Вследствие рекомбинации электронов и дырок в близлежащих к плоскости соприкосновения областях не будет ни дырок, ни свободных электронов, избыточный заряд по существу будет создаваться слева отрицательными ионами акцептора, а справа — положительными ионами донора. В месте р-п перехода возникает электрическое поле Е, направленное справа налево и препятствующее дальнейшей диффузии дырок и электронов. Между областями р и п образуется разность электрических потенциалов, т.е. возникает так называемый потенциальный барьер.

Рис. 2. Схема р-п перехода: —отрицательные ионы акцепторов; — положительные ионы доноров; — электроны; — дырка

Если к р-п переходу подвести постоянное напряжение, как показано на рис. 3, а, то величина потенциального барьера снизится и основные носители тока (дырки слева и электроны справа) получат возможность проходить через р-п переход. В цепи возникает так называемый прямой ток, который возрастает с увеличением напряжения источника питания.

Если к р-п переходу приложить обратное напряжение (рис. 3, б), то потенциальный барьер возрастет на величину этого напряжения, и основные носители тока не смогут проходить через плоскость раздела двух полупроводников. Однако ток не будет полностью отсутствовать.

Кроме основных носителей тока, вызванных наличием примесей, в р и п областях имеются в небольшом количестве так называемые неосновные носители тока, имеющие знаки зарядов, противоположные знакам зарядов основных носителей, а именно: в области р присутствуют в небольшом количестве свободные электроны, а в области п — дырки. Очевидно, что эти неосновные носители тока свободно проходят через потенциальный барьер, так как электрическое поле здесь не препятствует, а способствует их прохождению. Они образуют так называемый обратный ток. С увеличением обратного напряжения обратный ток быстро достигает своего предельного значения, определяемого числом электронно-дырочных пар, порождаемых в образце в единицу времени. Обратный ток во много раз меньше прямого.

Если напряжение в непроводящем направлении увеличивать далее, то при определенном значении напряжения обратный ток резко возрастает. В этом случае в переходном слое отрываются от атомов валентные электроны, что еще больше увеличивает число электронов проводимости. Это явление используется в специальных диодах — стабилитронах.

Рис. 3. Включение р-n перехода на постоянное напряжение