Область на границе двух п-п с различными типами проводимости называется электронно-дырочным или p-n- переходом. На практике p-n- переход получают введением в примесный полупроводник дополнительной легирующей примеси. Например, в п-п p- типа вводится донорная примесь. При соприкосновении 2-х п-пв пограничном слое происходит рекомбинация e – и дырок. Свободные e – из зоны п-п n- типа занимают свободные уровни в валентной зоне п-п p- типа. В результате вблизи границы двух п-побразуется запирающий слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением.
Кроме того, в n- области в приграничном слое образуется положительный объемный заряд, который создан «+» заряженными атомами донорной примеси (т. к. e – ушли в п-п р- типа), а в p- области образуется «–» объемный заряд, который создан «–» заряженными атомами акцепторной примеси (т. к. дырки были заполнены e– – из п-п n- типа).
Между образовавшимися объемными зарядами возникает контактная разность потенциалов Uk = φ n – φ p, на диаграмме показано распределение потенциала вдоль оси х, перпендикулярной границе раздела 2-х п-п, за нулевой потенциал принят условно потенциал граничного слоя (рисунок 1.21).
|
|
Возникшая разность потенциалов Uk создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее дальнейшему переходу e – из n- области в p- область и дырок из p- области в n- область. Т. е. возникает потенциальный барьер.
Рисунок 1.21 – Распределение потенциала вдоль оси х, перпендикулярной границе раздела при отсутствии внешнего источника напряжения |
Пусть теперь источник внешнего напряжения подключен «+» полюсом к п-п p- типа и «–» полюсом к п-п n- типа. Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым (рисунок 1.22).
В этом случае внешнее электрическое поле направлено навстречу полю контактной разности потенциалов. В результате высота потенциального барьера понижается, возрастает I диф, который называют прямым током, сопротивление p-n- перехода резко снижается, уменьшается также ширина запирающего слоя. Когда d = 0, то потенциальный барьер в p-n- переходе исчезает и сопротивление p-n- перехода определяется только сопротивление п-п.
|
|
Рисунок 1.22 – Распределение потенциала при прямом включении источника |
Рисунок 1.23 – Распределение потенциала при обратном включении источника |
Такая емкость называется барьерной емкостью.
При увеличении U обр ширина p-n- перехода возрастает, а С уменьшается (рисунок 1.24). При этом C бар = .
Рисунок 1.24 – Зависимость С от U обр |