В каждом из полупроводников р - и n -типов, объединенных в общую структуру, заряды совершают беспорядочное тепловое движение. В результате происходит их диффузия из одного полупроводника в другой. Как и при любой другой диффузии, например в газах и жидкостях, носители заряда перемещаются из области с большей концентрации в область с меньшей. Так из области полупроводника р -типа дырки диффундируют область полупроводника n -типа, а электроны из n -области в р -область (рис. 5). Концентрации основных и неосновных носителей, обусловливающие диффузию, изображены на графике (рис. 5).
Движение заряженных частиц под действием градиента концентрации называется диффузией, а обусловленный этим движением ток называется диффузионным.
Диффузия основных носителей (электронов и дырок) создает ток, состоящий из двух составляющих
I диф= In диф +Ip диф
В результате диффузии носителей по обе стороны границы раздела создаются объемные заряды.
Дырки, пришедшие в область n, рекомбинируют с электронами, что
Рис. 5. р-n-переход при отсутствии внешнего электрического поля | приводит к созданию в пограничной области объемного заряда положительного знака, образованного главным образом положительно заряженными ионами атомов донорной примеси и, в небольшой степени, - пришедшими в эту область дырками. |
Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженными ионами акцепторной примеси и, отчасти, пришедшими сюда электронами.
Между образовавшимися объемными зарядами возникает так называемая контактная разность потенциалов (рис. 5):
Таким образом, в p-n -переходе возникает потенциальный барьер, препятствующий диффузионному переходу носителей. Высота барьера равна контактной разности потенциалов и не превышает для германия 0,7В, а для кремния 1,1В. В результате чего диффузионный ток убывает. Одновременно с диффузионным перемещением основных носителей происходит и обратное движение неосновных носителей под действием электрического поля контактной разности потенциалов.
Движение носителей заряда под действием электрического поля называют дрейфом, а ток - током дрейфа.
В данном случае дырки из n -области перемещаются в p -область, а электроны из p -области в n -область. Дрейфовый ток тоже имеет две составляющие
I др= In др +Ip др.
В установившемся режиме диффузионные и дрейфовые токи равны между собой, а полный ток перехода
I пер= I диф +I др.
Следует отметить, что область р-n -перехода, обедненная подвижными носителями, обладает повышенным сопротивлением и называется запирающим слоем.