Зонная диаграмма р-n-перехода при положении внешнего поля

Рассмотрим изменение зонной диаграммы при приложении к р-n-переходу внешнего напряжения. При этом следует иметь в виду, что “плюс” внешнего источника опускает уровни энергии в зонной диаграмме, “минус” - поднимает. При приложении внешнего электрического поля нарушается термодинамическое равновесие и уровни Ферми заменяются на квазиуровни Ферми, т.е. уровни Ферми при определенном поле. Полем в толще полупроводника пренебрегаем, т.е. считаем, что энергетические зоны идут без наклона (горизонтально).

Это означает, что практически все внешнее напряжение падает на переходе, а падение напряжения на электронейтральных частях полупроводника близко к нулю. На рис. 4.8 приведены зонные диаграммы р-n-перехода в равновесном состоянии (а), при прямом (б) и при обратном (в) включении. При наложении внешнего поля в прямом направлении изгиб зон в р-n-переходе уменьшается и становится равен:

, (4.3.1)

где U - внешнее смещение в прямом направлении.

Квазиуровни Ферми для основных носителей заряда в n-области (E_Fn) и основных носителей в р-области E_Fp сдвигаются друг относительно друга на qU, т.е.:

. (4.3.2)

Для тонкого р-n-перехода допустимо считать квазиуровень E_Fn неизменным во всей n-области, а также во всем переходе. Квазиуровень E_Fp можно считать одинаковым в р-области и во всем р-n-переходе. Пунктиром на рис. 4.8 условно нанесены квазиуровни Ферми для неосновных носителей заряда в каждой из областей. Вдали от р-n-перехода они совпадают с квазиуровнями для основных носителей заряда, т.е. с уровнями Ферми для каждой из областей.

При наложении внешнего поля в обратном направлении (см. рис. 4.8) изгиб зон на р-n-переходе увеличивается и оказывается равным:

где U_обр - часть внешнего напряжения подающего на переходе.