Характеристики p–n-перехода

Контакт двух полупроводников с различными типами проводимости называется р–n-переходом. Он обладает очень важным свойством: его сопротивление зависит от направления тока. Такой контакт нельзя получить, прижимая друг к другу два полупроводника, поэтому р–n-переход создается в одной пластине полупроводника путем образования в ней областей с различными типами проводимости.

Итак, в монокристаллической полупроводниковой пластине между двумя слоями с различного рода проводимостями образуется р–n-переход. В области p–n-перехода наблюдается значительный перепад концентраций носителей зарядов. Концентрация электронов в n-области значительно больше их концентрации в p-области. Вследствие этого происходит диффузия электронов из n-области в p-область. В n-области остаются неподвижные положительно заряженные ионы доноров. Одновременно происходит диффузия дырок из p-области в n-область. За счет этого приграничная р-область приобретает отрицательный заряд, обусловленный отрицательно заряженными ионами акцепторов. Эти прилегающие к переходу области образуют слой объемного заряда, обедненный основными носителями.

В основе пробоя p–n- перехода лежат следующие явления:

Туннельный пробой наблюдается тогда, когда напряженность электрического поля такова, что становится возможным туннельный переход из валентной зоны полупроводника с электропроводностью одного типа в зону полупроводника с электропроводностью другого типа. Как правило, туннельный пробой наблюдается при напряжениях ниже 6 В.

Лавинный пробой обусловлен образованием носителей заряда из-за ударной ионизации атомов полупроводника. Если напряженность электрического поля достаточно велика, то электроны приобретают энергию, достаточную для того, чтобы выбивать другие электроны из атомов кристаллической решетки. Этот процесс приводит к быстрому (лавинному) нарастанию обратного тока.

Тепловой пробой происходит при нагреве перехода. За счет тепловой энергии происходит генерация пар электрон – дырка. Это приводит к увеличению обратного тока и дальнейшему увеличению температуры. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к изменению структуры кристалла, выводя его из строя.