Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход (или n – p -переход) – это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости. В полупроводнике n -типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (n_n >> n_p). В полупроводнике p -типа основными носитялеми являются дырки (n_p >> n_n). При контакте двух полупроводников n - и p -типов начинается процесс диффузии: дырки из p -области переходят в n -область, а электроны, наоборот, из n -области в p -область. В результате в n -области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p -области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой.

Рисунок 4.9. Образование запирающего слоя при контакте полупроводников p - и n -типов

Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рисунок 4.9). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно

достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между p - и n -областями запирающее напряжение U _з, приблизительно равное 0,35 В для германиевых n – p -переходов и 0,6 В для кремниевых. n – p -переход обладает свойством односторонней проводимости. Если полупроводник с n – p -переходом подключен к источнику тока так, что положительный полюс источника соединен с n -областью, а отрицательный – с p -областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает. Дырки в p -области и электроны в n -области будут смещаться от n – p -перехода, увеличивая тем самым концентрации неосновных носителей в запирающем слое. Ток через n – p -переход практически не идет. Напряжение, поданное на n – p -переход в этом случае называют обратным. Весьма незначительный обратный ток обусловлен только собственной проводимостью полупроводниковых материалов, т. е. наличием небольшой концентрации свободных электронов в p -области и дырок в n -области.

Рисунок 4.10. Вольт-амперная характеристика кремниевого диода. На графике использованы различные шкалы для положительных и отрицательных напряжений

Если n – p -переход соединить с источником так, чтобы положительный полюс источника был соединен с p -областью, а отрицательный с n -областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться, что облегчает переход основных носителей через контактный слой. Дырки из p -области и электроны из n -области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать n – p -переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через n – p -переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.Способность n – p -перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в

приборах, которые называются полупроводниковыми диодами.

Полупроводниковые диоды изготавливают из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости. Полупроводниковые диоды используются в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный. Типичная вольт-амперная характеристика кремниевого диода приведена на рисунке 4.10. Полупроводниковые диоды обладают многими преимуществами по сравнению с вакуумными – малыми размерами, длительными сроками службы, механической прочностью. Существенным недостатком полупроводниковых диодов является зависимость их параметров от температуры. Кремниевые диоды, например, могут удовлетворительно работать только в диапозоне температур от –70 °C до 80 °C. У германиевых диодов диапазон рабочих температур несколько шире.

Дата добавления: 2014-01-20