Электронно-дырочный переход. Виды пробоя электронно-дырочного перехода

~ ЛЕКЦИЯ 2 ~

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочным переходом (n-p или p-n) называют область вблизи раздела (металлургической границы) примесного полупроводника с электронной электропроводностью и примесного полупроводника с дырочной электропроводностью.

Металлургическая граница создается сплавлением и другими способами.

Явления, происходящие в электронно-дырочном переходе, лежат в основе работы большинства полупроводниковых приборов. Рассмотрим процессы, происходящие на границе полупроводниковых слоев, т.е. в p-n-переходе. При этом практический интерес представляют три случая:

1. Образование p-n-перехода при отсутствии внешнего электрического поля:

Движение электрических зарядов через p-n-переход полупроводника при отсутствии приложенного извне напряжения носит характер диффузии основных носителей зарядов из одной области в другую.

Рисунок 1. Образование p-n-перехода.

Концентрация электронов в n-области выше, чем в области p, поэтому электроны диффундируют в область p, заряжая пограничный слой полупроводника области p отрицательно.

Пограничный слой области n, потеряв электроны, заряжается положительно. Аналогично происходит и с дырками, которые, диффундируя в область n, заряжают ее положительно. Таким образом, на границе раздела образуются пространственные противоположные заряды, или p-n-переход.

Поле p-n-перехода принято называть потенциальным барьером. Потенциальный барьер создают ионы примеси.

2. Процессы в p-n-переходе, которые возникают при наличии внешнего электрического поля, приложенного в прямом направлении:

В этом случае напряжение батареи E_вн будет противоположно по знаку электрическому полю на участке p-n-перехода, и действие запирающего слоя ослабится.

Это вызовет увеличение числа свободных электронов, проникающих через переход в прямом направлении.

Рисунок 2. Влияние на переход внешнего поля в прямом направлении.

Во внешней цепи появляется большой ток I_пр. Такой переход называют открытым.

3. Процессы в p-n-переходе, которые возникают при наличии электрического поля, приложенного в обратном направлении:

При обратном включении E_вн напряжение батареи E_вн будет совпадать по знаку с напряжением поля E_пр, что приведет к увеличению ширины p-n-перехода, и через p-n-переход сможет пройти меньшее количество электронов и дырок.

Рисунок 3. Влияние на переход внешнего поля в обратном направлении.

Кроме того, свободные электроны из n-области будут дрейфовать к положительному полюсу внешнего источника E_вн, а электроны от отрицательного полюса E_вн будут дрейфовать в p-область, где они будут рекомбинировать с дырками. Таким образом, в n-области не окажется свободных электронов, а в p-области – свободных дырок.

Поэтому при обратном включении E_вн через p-n-переход протекает незначительный обратный ток, обусловленный неосновными носителями зарядов, т.е. p-n-переход закрыт.

Вольт-амперная характеристика p-n-перехода

Одностороннюю проводимость p-n-перехода наглядно иллюстрирует его вольт-амперная характеристика (ВАХ), которая имеет вид I = F(U).

Различают три вида ВАХ p-n-переходов:

- теоретическую;

- реального p-n-перехода;

- идеального p-n-перехода.

Рисунок 4. ВАХ p-n-перехода: 1 – ВАХ теоретическая; 2 – ВАХ реального p-n-перехода; 3 – ВАХ идеального p-n-перехода

Отличие ВАХ реального p-n-перехода от теоретического состоит в том, что при увеличении обратного напряжения, прикладываемого к p-n-переходу, может возникнуть пробой p-n-перехода.

ВАХ идеального перехода показывает, что при незначительном прямом напряжении p-n-переход полностью открывается, и его сопротивление равно нулю