До соприкосновения (а); после соприкосновения (б)

При соприкосновении полупроводников в погра­ничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полу­проводника n-типа занимают свободные уровни в валент­ной зоне полупроводника р-типа. В результате вблизи гра­ницы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий вы­соким удельным сопротивлением, - так называемый запи­рающий слой (рис. 80 б). Толщина запирающего слоя l обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют не­подвижные ионы донорных и акцепторных примесей, ко­торые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов ∆φ_к на границе полупроводников (рис. 81). Возникшая разность потенциалов создает в запи­рающем слое электрическое поле напряженностью Е_зап, препятствующее как переходу электронов из полупровод­ника n-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полупроводника р-типа в полупро­водник n-типа, как и дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная раз­ность потенциалов препятствует движению основных но­сителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. Однако при движении через р-п-переход неосновных носителей {дрейфовый ток I_др) происходит снижение контактной разности потенциалов, что позволяет некоторой части основных носителей, обладающих доста­точной энергией, преодолеть потенциальный барьер, обу­словленный контактной разностью потенциалов. Появля­ется диффузионный ток 1_диф, который направлен навстречу дрейфовому току 1_др, то есть возникает динамическое рав­новесие, при котором 1_др= 1_диф.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряже­ние U_обр, которое создает в запирающем слое электриче­ское поле напряженностью Е_вн, совпадающее по направле­нию с полем неподвижных ионов напряженностью Е_зап (рис. 82 а), то это приведет к расширению запирающего слоя, так как носители заряда уйдут от контактной зоны. При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал, так как обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называют обратным I_обр а р-п-переход - закрытым.

При противоположной полярности источника на­пряжения (рис. 82 б) внешнее поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запираю­щего слоя уменьшается. Сопротивление р-п-перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. В этом случае ток называют прямым 1_пр, а р-п-переход - открытым.

Рис. 82. p-n-переход во внешнем электрическом поле: