Электронно-дырочный переход. Использование большинства полупроводниковых приборов основано на процессах, протекающих на границах соприкосновения двух областей различных типов

Использование большинства полупроводниковых приборов основано на процессах, протекающих на границах соприкосновения двух областей различных типов проводимости.

Предположим, что в полупроводник слева от плоскости соприкосновения введены акцепторные примеси, а справа — донорные (рис. 2).

Носители заряда, определяющие вид проводимости в примесном полупроводнике, называются основными (дырки в р- полупроводнике и электроны в n -полупроводнике), а носители заряда противоположного знака — неосновными. Дырки будут диффундировать слева направо из области р в область п. Свободные электроны будут диффундировать в противоположном направлении. В итоге слева от плоскости соприкосновения образуется избыточный отрицательный заряд, а справа — избыточный положительный заряд. Вследствие рекомбинации электронов и дырок в близлежащих к плоскости соприкосновения областях не будет ни дырок, ни свободных электронов, избыточный заряд по существу будет создаваться слева отрицательными ионами акцептора, а справа — положительными ионами донора. В месте р-п перехода возникает электрическое поле Е, направленное справа налево и препятствующее дальнейшей диффузии дырок и электронов. Между областями р и п образуется разность электрических потенциалов, т.е. возникает так называемый потенциальный барьер.

Рис. 2. Схема р-п перехода: —отрицательные ионы акцепторов; — положительные ионы доноров; — электроны; — дырка

Если к р-п переходу подвести постоянное напряжение, как показано на рис. 3, а, то величина потенциального барьера снизится и основные носители тока (дырки слева и электроны справа) получат возможность проходить через р-п переход. В цепи возникает так называемый прямой ток, который возрастает с увеличением напряжения источника питания.

Если к р-п переходу приложить обратное напряжение (рис. 3, б), то потенциальный барьер возрастет на величину этого напряжения, и основные носители тока не смогут проходить через плоскость раздела двух полупроводников. Однако ток не будет полностью отсутствовать.

Кроме основных носителей тока, вызванных наличием примесей, в р и п областях имеются в небольшом количестве так называемые неосновные носители тока, имеющие знаки зарядов, противоположные знакам зарядов основных носителей, а именно: в области р присутствуют в небольшом количестве свободные электроны, а в области п — дырки. Очевидно, что эти неосновные носители тока свободно проходят через потенциальный барьер, так как электрическое поле здесь не препятствует, а способствует их прохождению. Они образуют так называемый обратный ток. С увеличением обратного напряжения обратный ток быстро достигает своего предельного значения, определяемого числом электронно-дырочных пар, порождаемых в образце в единицу времени. Обратный ток во много раз меньше прямого.

Если напряжение в непроводящем направлении увеличивать далее, то при определенном значении напряжения обратный ток резко возрастает. В этом случае в переходном слое отрываются от атомов валентные электроны, что еще больше увеличивает число электронов проводимости. Это явление используется в специальных диодах — стабилитронах.

Рис. 3. Включение р-n перехода на постоянное напряжение

Дата добавления: 2014-01-06