Reklama

Электронно-дырочный переход

Представим себе кристалл германия, у которого одна половина содержит донорную примесь, а другая — акцепторную. Границу в кристалле полупроводника между областями n-типа и р-типа называют электронно-дырочным переходом или р-n-переходом. Рассмотрим свойства этого перехода.

диффузия электронов и дырок

Представим себе, что эти части полупроводника только что приведены в соприкосновение (хотя в действительности это две части одного кристалла). Тогда сразу начнется переход электронов из n-области, где их много, в р-область, где их мало, и перемещение дырок в обратном направлении. Эта диффузия электронов и дырок (аналогичная взаимной диффузии двух жидкостей или газов) происходила бы до полного выравнивания их концентраций в обеих частях кристалла, если бы они не переносили заряды. Однако в результате такого перемещения носителей зарядов n-область заряжается положительно, а p-область — отрицательно, т. е. между р- и n-областями возникает контактная разность потенциалов.

На границе p-и n-областей, в переходной области АВ (рис. 21.5, α), появляется электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей через границу, отбрасывая основные носители назад в свои области (1 на рис. 21.5, б). Только дырки и электроны с достаточно большой кинетической энергией могут преодолеть противодействие поля и перейти через переходную область АВ (2 на рис. 21.5, б). С другой стороны, это поле вызывает обратный переход неосновных носителей: дырок из «-области в р-область и электронов из р-области в n-область. Действительно, достаточно свободному электрону, находящемуся в р-области, при хаотическом движении пересечь границу А переходного слоя (рис. 21.5, в), как он силами поля будет переброшен в n-область; то же будет происходить и с дырками в n-области.

В результате в переходном слое АВ устанавливается такая разность потенциалов (около одного вольта), при которой диффузионный поток дырок из р-области в n-область уравновешивается встречным потоком дырок из n-области в р-область, создаваемым полем переходного слоя АВ. Одновременно уравновешиваются и встречные потоки электронов. Результирующие потоки и дырок, и электронов становятся равными нулю.

В переходном слое АВ почти нет подвижных носителей зарядов — они не могут удержаться там и только быстро пролетают через него. В переходном слое остаются лишь локализованные ионы акцепторной примеси — в области АО и донорной примеси — в области ВО. В этих областях и сосредоточены заряды р- и n-областей, а оставшиеся части кристалла электрически нейтральны.

Обедненный подвижными носителями заряда переходный слой, толщина которого всего порядка 1 мкм (10-6 м), обладает очень большим сопротивлением по сравнению с другими частями кристалла; поэтому, когда кристалл с р-n-переходом включают в цепь, практически все подведенное к кристаллу напряжение сосредоточивается на р-n-переходе.

Reklama