Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n переход)

Граница соприкосновения двух полу­проводников, один из которых имеет элек­тронную, а другой — дырочную проводи­мость, называется электронно-дырочным переходом (или р-n-переходом). Эти пере­ходы имеют большое практическое зна­чение, являясь основой работы многих полупроводниковых приборов. р-n-Переход нельзя осуществить просто механи­ческим соединением двух полупроводни­ков. Обычно области различной проводи­мости создают либо при выращивании кристаллов, либо при соответствующей обработке кристаллов. Например, на кри­сталл германия n-типа накладывается ин­диевая “таблетка” (рис.8 , а). Эта си­стема нагревается примерно при 500 °С в вакууме или в атмосфере инертного газа; атомы индия диффундируют на не­которую глубину в германий. Затем рас­плав медленно охлаждают. Так как гер­маний, содержащий индий, обладает дырочной проводимостью, то на границе закристаллизовавшегося расплава и гер­мания n-типа образуется р-n-переход (рис. 8 ,6).

Рассмотрим физические процессы, про­исходящие в р-n-переходе. Пусть донорный полупроводник (работа выхода — ,уровень Ферми — Е_F ) приводится в кон­такт (рис. 9 , б ) с акцепторным полу­проводником (работа выхода — А_р , уро­вень Ферми - Е_F ). Электроны из n-полупроводника, где их концентрация выше, будут диффундировать в р-полупроводник, где их концентрация ниже. Диф­фузия же дырок происходит в обратном направлении — в направлении р п.

Кристалл Ge р –типа

Кристалл Ge n -типа

Рис. 8

В n-полупроводнике, из-за ухода элек­тронов, вблизи границы остается неском­пенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионизованных донор-ных атомов. В р-полупроводнике, из-за ухода дырок, вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд не­подвижных ионизованных акцепторов (рис. 3, а). Эти объемные заряды об­разуют у границы двойной электриче­ский слой, поле которого, направленное от n-области к р-области, препятствует дальнейшему переходу электронов в нап­равлении п —> р и дырок в направлении р -> п. Если концентрации доноров и акцеп­торов в полупроводниках п- и р-типа одинаковы, то толщины слоев d₁ и d₂ (рис. 3 , в), в которых локализуются не­подвижные заряды, равны (d₁ = d₂ ).