Электронно-дырочный переход (p-n-переход) – это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
При идеальном контакте двух полупроводников (монокристалл) с различным типом электропроводности из-за градиента концентрации носителей заряда возникает их диффузия в области с противоположным типом электропроводности через плоскость металлургического контакта, т.е. плоскость, на которой изменяется тип примесей, преобладающих в полупроводнике (рис. 2.1).
В результате диффузии носителей заряда нарушается электрическая нейтральность
примыкающих к металлургическому контакту частей монокристалла полупроводника. В
робласти вблизи металлургического контакта после диффузии из нее дырок остаются
нескомпенсированныеобластиры (отрицательные -
нескомпенсированные неподвижные ионизированные ионизирован заряды акцепто), а в
--n- Рис.2.1водника. Монокристалл с p-n-переходом полупро ные доноры (положительные
неподвижные заряды). Образуется область пространственного заряда, состоящая из двух
разноименно заряженных слоев. Между нескомпенсированными разноименными зарядами
ионизированных примесей возникает электрическое поле, направленное от n-области
к р-области и называемое диффузионным электрическим полем (рис.
2.2, а). Возникшее диффузионное электрическое поле препятствует дальнейшей
диффузии основных носителей через металлургический контакт - устанавливается равновесное
состояние. Между п- и р-областями при этом существует разность потенциалов,
называемая контактной разностью потенциалов. Потенциал п-области положителен
по отношению к потенциалу р-области.
Энергетическую диаграмму электронно-дырочного перехода при термодинамическом равновесии можно изобразить, как показано на рис 2.2, г. Вдали от контакта двух областей электрическое поле отсутствует (если соответствующие области легированы равномерно) или относительно мало по сравнению с полем в р-n-переходе. Поэтому энергетические зоны в этих областях изображены горизонтальными. Взаимное расположение разрешенных зон и уровня Ферми за пределами р-n-перехода остается таким же, каким было в соответствующих полупроводниках.
Так как напряженность диффузионного электрического поля в р-n-переходе направлена от электронного полупроводника к дырочному, на диаграмме соответствующие энергетические зоны для n-области должны быть ниже, чем для р-области. Сдвиг зон определяется тем, что в равновесном состоянии уровень Ферми должен быть расположен на одной высоте энергетической диаграммы всей системы. Этот сдвиг зон соответствует также контактной разности потенциалов ϕкон или высоте потенциального барьера qϕкон электронно-дырочного перехода.
Рис. 2.2. Пространственное распределение зарядов (а, б, в) и энергетические диаграммы р-n-перехода (г, д, е):
а, г - внешнее напряжение отсутствует (U = 0); б, д - внешнее напряжение прямое (U > 0); в, е - внешнее напряжение обратное (U < 0)
На практике наибольшее распространение получили p-n-структуры с неодинаковой концентрацией внесенных акцепторной Nа и донорной Nд примесей, т. е. с неодинаковой концентрацией основных носителей заряда в слоях p p ≈ Nа и
nn ≈ Nд (рис. 2.3, а). Типичными являются структуры с Nа >> Nд ( p p >> nn). Кроме основных носителей заряда в каждом из слоев имеются неосновные носители заряда, создаваемые путем перехода электронов самого полупроводника из валентной зоны в зону проводимости. Распределение концентраций носителей заряда для таких структур показано на рис. 2.3, б на примере германия, где приняты p =p 1018 см -3, nn = 1015 см
-3. Концентрация собственных носителей в германии при комнатной температуре ni=
2,5 • 1013 см -3. Концентрации неосновных носителей, существенно меньшие концентраций
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
