Электронно-дырочный переход и его свойства (поле, потенциальный барьер)

Электрический переход – это переходный слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами электропроводности или различными значениями удельной электрической проводимости.

Электронно-дырочный переход или p-n переход – это электрический переход между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводимость n-типа, а другая – p-типа.

При идеальном контакте полупроводников с различным типом электропроводности происходит процесс диффузии электронов из n-области в р-область и дырок из р-области в n-область. Причиной этого является наличие градиента концентрации носителей заряда: концентрация электронов в полупроводнике n-типа во много раз превышает концентрацию электронов в дырочном полупроводнике, где они являются неосновными. То же самое можно сказать и для дырок. В результате этого в контактном слое между полупроводниками с различным типом электропроводности возникает область с низкой концентрацией свободных носителей заряда. Объемные заряды ионизированных доноров и акцепторов образуют двойной электрический (запирающий) слой (рисунок).

Электрическое поле, образованное нескомпенсированными разноименными зарядами ионизированных примесей и направленное от n-области к р-области, называется диффузионным электрическим полем. Возникшее диффузионное электрическое поле препятствует дальнейшей диффузии основных носителей через контакт— устанавливается равновесие, при котором ток через переход равен нулю, а падение напряжения на границах р и n-областей, называемое потенциальным барьером, принимает определенное значение. Разность потенциалов, соответствующая данному состоянию, называется контактной и, как показывает теория, определяется следующим соотношением:

φk=kT/E*ln(np/ni2)

Если к р—n структуре приложить электрическое напряжение от внешнего источника питания U, то равновесие нарушается и через р—n переход начинает проходить ток.

Когда на р-область подан плюс (прямое смещение (U>0), потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается (рисунок). Часть основных носителей, обладающих наибольшими значениями энергии, преодолевает понизившийся потенциальный барьер. Это приводит к появлению сравнительно большого тока через р—n-переход. Преодолевшие потенциальный барьер носители заряда оказываются в соседней области неосновными. Таким образом, через р—n-переход происходит инжекция неосновных носителей заряда в область, примыкающую к р—n-переходу,. Область, в которую происходит инжекция неосновных носителей, называют базой полупроводникового прибора.

Свойства р—n-перехода положены в основу работы большого числа полупроводниковых приборов: различных типов диодов, транзисторов, тиристоров и т.д. Полупроводниковый диод—это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя внешними выводами, в котором используется то или иное свойство электронно-дырочного перехода. Например, увеличение обратного напряжения на электронно-дырочном переходе приводит к тому, что носители заряда на длине свободного пробега в области запирающего слоя накапливают энергию, достаточную для ионизации атомов, входящих в состав кристаллической решетки. Наступает пробой, ток через переход резко возрастает.

При изменении приложенного к переходу напряжения ме­няется величина объемного заряда, а следовательно, ширина перехода. Такая система может быть использована в каче­стве полупроводникового конденсатора переменной емкости. Управление емкостью осуществляется путем изменения на­пряжения смещения.

Дата добавления: 2015-05-06