Электронно-дырочный переход и его свойства. Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную

Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную электропроводность.

Практически p-n –переход получают введением в чистый полупроводник дополнительной легирующей примеси. Например, при введении донорной примеси в определенную часть полупроводника p-типа в нем образуется область полупроводника n-типа, граничащая с полупроводником p-типа.

Рассмотрим упрощенную схему образования p-n –перехода при соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводности.

До соприкосновения в обоих полупроводниках дырки и электроны были распределены равномерно (рис.8, а).

При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок, с другой стороны происходит взаимное проникновение дырок в n – зону и электронов в р – зону. Это явление в физике называется диффузией. Свободные электроны из полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением – это так называемый запирающий слой (рис. 8, б). Толщина этого слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы, которые образуют на границе полупроводника двойной электрический слой. Так как в приграничной зоне справа от границы p-n – перехода присутствуют дырки, т.е. положительные носители заряда, а слева от p-n – перехода - электроны, т.е. отрицательные носители заряда, то возникает так называемая контактная разность потенциалов

Е _зап. = j₊-j_- = ∆j_к (рис. 8, в).

Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее как переходу электронов в р-зону, так и дырок в n-зону полупроводника. Одновременно в каждой из зон р и n типа имеются неосновные носители электрических зарядов: это для р – полупроводника – электроны и для n -полупроводника – дырки, их заметно меньше, чем основных носителей заряда и они свободно переходят из одной зоны проводимости в другую, снижая до определенного уровня контактную разность потенциалов. Возникает так называемый дрейфовый ток, который направлен навстречу диффузионному току. В конечном итоге происходит динамическое равновесие, и оба эти тока становятся равными I _диф. = I _{др .}

Если к запирающему слою приложить внешнее напряжение, то р‑n переход ведет себя по разному в зависимости от направления внешнего электрического поля, т.е. в зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения U _{внеш .}

Вольт-амперная характеристика р-n–перехода

Необходимо помнить! Электроны из " n"-зоны притягиваются к положительному полюсу источника питания, т.е. к плюсу "+", а дырки из "р"-зоны поступают к отрицательному полюсу "-" источника питания.

Рис. 9

Электонно-дырочный p-n переход во внешнем электрическом поле:

а) к переходу приложено обратное напряжение; б) к переходу приложено прямое напряжение

Обратный (закрытый) р- n – переход. Если к р- n – переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Е _{вн .}, совпадающее по направлению с полем неподвижных зарядов Е _{зап .}, то это приведет к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители зарядов. При этом электрическое сопротивление запирающего слоя возрастет, ток в этом случае будет ничтожно мал и обусловлен неосновными носителями зарядов.

В этом случае ток называется обратным, а р- n – переход – закрытым (рис. 9, а). Электроны как бы отсасываются, притягиваются к плюсу источника питания, а дырки – к минусу, растягивая зону запирающего слоя.

Прямой (открытый) р- n – переход. При противоположной полярности (рис. 9, б) источника напряжения внешнее электрическое поле направлено навстречу полю запирающего слоя, толщина запирающего слоя уменьшается, и при напряжении 0,3…0,5 В запирающий слой практически исчезает. Сопротивление р- n перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называется прямым, а переход – открытым. Сопротивление открытого р- n перехода определяется только сопротивлением полупроводника.

На рис. 10 показана полная вольт - амперная характеристика открытого и закрытого р- n переходов.

Она является существенно нелинейной. Необходимо помнить, что масштаб тока и напряжения при прямом и обратном включении р- n перехода отличаются значительно. В первом квадранте вольт – амперная характеристика определяет измерение тока от напряжения при прямом включении р- n перехода; в третьем квадранте – при обратном включении, когда ток мал и говорят, что р- n переход закрыт.

Рассмотрим несколько характерных участков вольт – амперной характеристики (рис. 10).

При прямом включении р-n-перехода на участке ОА вольт – амперной характеристики, когда | Е _вн.| < | Е _зап.| ток мал и состоит из потока неосновных носителей заряда и растущим, но еще незначительным потоком основных носителей. В это время запирающий слой уменьшается и его сопротивление падает. При достижении напряжения источника питания величины 0,3…0,5 В прямой ток начинает лавинообразно возрастать, а р-n - переход исчезает.

При обратном включении р-n-перехода на участке вольт – амперной характеристики ОВ запирающий слой растет, увеличивается электрическое сопротивление р-n-перехода. Небольшой ток обусловлен потоком неосновных носителей заряда. При значительном росте обратного напряжения происходит пробой р-n-перехода и резкое возрастание тока.

Дата добавления: 2014-01-07