Равновесное состояние р-п-перехода.

При определенной толщине р-n-перехода наступает равновесное состояние, характеризуемое выравниванием уровней Ферми для обоих полупроводников (рис. 3 , в). В области р-n-перехода энер­гетические зоны искривляются, в резуль­тате чего возникают потенциальные барь­еры как для электронов, так и для дырок. Высота потенциального барьера оп­ределяется первоначальной разностью по­ложений уровня Ферми в обоих полу­проводниках. Все энергетические уровни акцепторного полупроводника подняты относительно уровней донорного полу­проводника на высоту, равную, при­чем подъем происходит на толщине двой­ного слоя d.

Толщина d слоя р-n-перехода в полу­проводниках составляет примерно 10 ^-6 --10^{-7 м, а контактная разность потен­циалов} — десятые доли вольт. Носители тока способны преодолеть такую раз­ность потенциалов лишь при температуре в несколько тысяч градусов, т. е. при обычных температурах равновесный кон­тактный слой является запирающим (ха­рактеризуется повышенным сопротивле­нием).

Рис.9

.Неравновесное состояние p-n перехода.

Сопротивление запирающего слоя можно изменить с помощью внешнего электрического поля. Если приложенное к р-n-переходу внешнее электрическое поле направлено от n-полупроводника к р-полупроводнику (рис. 10 , а), т. е. сов­падает с полем контактного слоя, то оно вызывает движение электронов в n-полупроводнике и дырок в р-полупроводнике от границы р-n-перехода в противополож­ные стороны. В результате запирающий слой расширится и его сопротивление возрастет. Направление внешнего поля, расширяющего запирающий слой, называется запирающим (обратным). В этом направлении электрический ток через р-п-переход практически не проходит. Ток в запирающем слое в запирающем направ­лении образуется лишь за счет неоснов­ных носителей тока (электронов в р-полупроводнике и дырок в n-полупроводнике), но ими можно пренебречь, так как концентрации неосновных носителей тока в примесных полупроводниках весьма малы.

Рис. 10

Если приложенное к р-n-переходу внеш­нее электрическое поле направлено про­тивоположно полю контактного слоя (рис. 10 , б), то оно вызывает движение электронов в n-полупроводнике и дырок в р-полупроводнике к границе р-n-перехода навстречу друг другу. В этой об­ласти они рекомбинируют, толщина кон­тактного слоя и его сопротивление умень­шаются.

Следовательно, в этом направлении электрический ток проходит сквозь р-п-переход в направлении от р-полупроводника к n-полупроводнику; оно назы­вается пропускным (прямым).

Таким образом, р-n-переход (подобно контакту металла с полупроводником) обладает односторонней (вентильной) про­водимостью.