P-n-переход в равновесном состоянии

Если к р-n полупроводнику не приложено внешнее напряжение (которое создает поле в объеме полупроводника), то имеет место равновесное состояние p-n-перехода.

При отсутствии внешнего напряжения движение электрических зарядов через p-n переход носит характер диффузииосновных носителей заряда из одной области проводимости в дру­гую где они становятся неосновными носителями и через определенное время рекомбинируют с основными носителями.

В результате диффузии и рекомбинации носителей заряда нарушается электрическая нейтральность примыкающих к металлургическому контакту частей монокристалла полупро­водника.

В р -области вблизи металлургического контакта после диффузии из нее дырок остаются неподвижные отрицательно заряженные ионы акцепторов, а в n -области — неподвижные положительно заряженные ионы доноров.

Образуется область пространственного заряда, состоящая из двух разноименно за­ряженных слоев ионов примеси решетки.

Эти заряды создают в области р-n перехода электрическое поле, направленное от n -области к р -области. Это поле, обозначаемое как Е _дифф или Е _зап (диффузионное или запирающее),направлено таким образом, что препятствует дальнейшей диффузии основных носителей заряда.

Рис. 4.5 Равновесное состояние p-n перехода

Между п и р областями при этом существует разность потенциалов, назы­ваемая контактной разностью потенциалов (U_конт), или говорят, что в области p-n перехода образуется потенциальный барьер (Df), аp-n переход называют запирающим слоем.

При этомпотенциал n -области положителен по отношению к потенциалу р -области,

Пример: Dx - ширина запирающего слоя (0,1 - 1 мкм), U_KGe= 0,36В; U_KSi= 0,8В.

Диффузия электронов и дырок создает диффузионный ток через р-n переход, и приводит к образованию потенциального барьера.

Потенциальный барьер вызывает дрейф неосновных носителей заряда (дырок из n-области в р-область и электронов, соответст­венно, из р-области в n-область), т.е. через р-n переход беспрепятственно проходят неосновные но­сители заряда, для которых поле p-n перехода является ускоряющим.

В результате дрейфа неосновных носителей заряда возникает дрейфовый ток, встречный по направлению диффузионному току.

!!! При отсутствии внешнего электрического поля результирующий ток через p-n переход в равновесном состоянии отсутствует.

I_{дифф n} - I_{др n} + I_{дифф p} - I_{др p} = 0 (4.11)

Поэтому I_дифф = I_др (4.12)

Рис. 4.6 Токи через p-n переход (основных и неосновных носителей)