Полупроводниковый диод (p-n переход)

p-n переход или электронно-дырочный переход образуется при контакте полупроводников разного типа: p – типа (дырочного) и n- типа (электронного). В полупроводнике n- типа имеется избыток электронов, которые диффундируют в p- полупроводник, имеющий избыток положительных зарядов (дырок) (рис.2, а). Скапливаясь в результате диффузии около границы раздела, электроны образуют в p- полупроводнике отрицательный объемный заряд, а дырки в n- полупроводнике – положительный. Совокупность этих зарядов на границе раздела двух полупроводников создает запирающий слой – двойной электрический слой, поле которого препятствует дальнейшему диффузионному переносу носителей заряда. Заряд двойного слоя и глубина его проникновения устанавливаются так, что результирующие потоки электронов и дырок в отсутствии внешнего напряжения равны нулю.

Если включить p - n переход в цепь постоянного тока, причем отрицательный полюс подсоединить к n- полупроводнику (рис.2, а), то в n- полупроводнике, который потерял электроны в результате диффузии, будет создаваться их непрерывная «подкачка» и через запирающий слой пойдет электрический ток I _пр. Такое включение p - n перехода называется прямым. В этом случае толщина запирающего слоя резко уменьшается, а его сопротивление падает.

Если к n- полупроводнику подсоединить положительный полюс батареи, то электрический ток через запирающий слой не пойдет (рис.2, б). При таком включении в p- области накапливаются электроны, а в n- области – дырки, что способствует увеличению толщины запирающего слоя, а следовательно, и разности потенциалов в месте контакта двух полупроводников. Разность потенциалов запирающего слоя препятствует прохождению электрического тока, сопротивление p - n перехода резко возрастает, и ток через него будет очень малым I _обр. В этом случае включение p - n перехода называют обратным или запорным.

а) б)

Рис.2

Свойство p - n перехода резко изменять сопротивление при изменении полярности подключения используется для выпрямления переменных токов, т.к. ток, протекающий при запорном включении p - n перехода (обратный ток), во много тысяч раз меньше тока, протекающего при прямом включении (прямой ток).

Полупроводниковые диоды имеют ряд преимуществ перед ламповыми: малый вес, долговечность, механическую прочность, отсутствие затрат энергии на накал катода и т.д. Недостатком их является зависимость параметров от температуры и влажности.