Статистика электронов и дырок в полупроводниках (лабораторная работа), страница 2

Основные носители заряда при переходе через контакт должны преодолевать потенциальный барьер высотой . Переход неосновных носителей заряда совершается под действием электрического поля p-n перехода. В состоянии термодинамического равновесия плотность диффузионного тока основных носителей  и   уравновешена плотностью дрейфового тока неосновных носителей ,,  и суммарный ток через p-n переход равен нулю.

Обозначим уровни Ферми в электронном и дырочном полупроводнике соответственно  и . Высота потенциального барьера  равна  

,

где  - концентрация электронов в п- области,  - концентрация дырок в р- области,  - концентрация электронов в р- области,  - концентрация дырок в п- области,  - концентрация собственных носителей. Можно показать, что  контактная разность потенциалов тем больше, чем сильнее легированы n и p-области полупроводника.

В обеих областях полупроводника, прилегающих к переходу, объемные заряды равны, т.е. сохраняется электронейтральность, и .

Толщина слоя объемного заряда , где - диэлектрическая проницаемость полупроводника.

В области p-n перехода имеет место значительное уменьшение концентрации носителей заряда, поэтому сопротивление перехода велико по сравнению с сопротивлением слоя n или p полупроводника той же площади и толщины, что и область объемного заряда, т.е. p-n переход ведет себя как конденсатор. Это слой низкой удельной проводимости, заключенный между слоями высокой проводимости. Емкость p-n перехода, приходящаяся на единицу площади (барьерная емкость):

1.2.Выпрямление тока в p-n переходе

Рассмотрим теперь p-n переход, к которому приложена разность потенциалов U такая, что p-область заряжается положительно (прямое смещение, рис1.4). Т.к. сопротивление слоя объемного заряда перехода высокое, то падение напряжения будет, в основном, в этой области. Поэтому при прямом смещении высота потенциального барьера понижается на eU по сравнению с равновесным состоянием, соответственно изменится и толщина запорного слоя

Понижение потенциального барьера приведет к увеличению потока основных носителей заряда по сравнению с равновесным состоянием, т.е.

большее количество электронов из n-области будет переходить в p-область и большее количество дырок из p-области в n-область, а поток неосновных носителей заряда через переход останется практически неизменным. В результате этого во внешней цепи будет протекать «прямой» ток, равный разности токов основных и неосновных носителей заряда и направленный из p-области к n-области: