double arrow

P-n-переход и его свойства

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
В то же время e из п-п p- типа могут свободно двигаться в п-п n- типа, так же как дырки из п-п n- типа могут двигаться в п-п p- типа. Т. е. контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. При движении через p-n- переход неосновных носителей заряда возникает дрейфовый ток I др. Движение небольшого количества основных носителей приводит к появлению диффузионного тока I диф. Мы рассмотрим ситуацию при отсутствии внешнего 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
Пусть источник внешнего напряжения подключен «+» полюсом к n- области, а «–» полюсом к p- области. Такое включение называется обратным.

Рисунок 1.23 – Распределение потенциала при обратном включении источника
Поле, создаваемое обратным напряжением U обр, складывается с полем контактной разности потенциалов. Высота потенциального барьера увеличивается (рисунок 1.23), а так же расширяется толщина запирающего слоя, т. к. с увеличением U обр основные носители заряда будут удаляться от p-n- перехода. При этом сопротивление p-n- перехода увеличивается, ток через p-n- переход становится очень малым. Такой p-n- переход обладает электрической емкостью, которая зависит от его площади, ширины и диэлектрической проницаемости запирающего слоя.

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


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: