Вивчення напівпровідників (Лабораторна робота № 6), страница 2

В напівпровідниках n-типа перехід електронів з донорних рівнів у зону провідності не зв’язаний з появою дірок. Тому ймовірність появи електронів у зоні провідності більша, ніж ймовірність появи дірок.

Це можливо лише в тому випадку, коли рівень Фермі буде зміщений у сторону зони провідності (мал.3б). Чим вища концентрація донорної домішки, тим ближче до зони провідності розташований рівень Фермі.

Аналогічно можна показати, що в напівпровіднику  - типу рівень Фермі буде зміщений в сторону валентної зони тим більше, чим вища. концентрація акцепторної домішки. На мал. 3б  - енергетичний рівень донорної домішки.

p - n перехід.

На межі областей з дірочною та електронною провідностями виникає  перехід. Різна концентрація дірок та електронів в напівпровідниках - та -типу приводить до дифузії додатніх зарядів з  в  область та від’ємних зарядів з  в  область. Біля  переходу дірочний напівпровідник заряджається від’ємно, а електронний – додатньо (мал. 4а). Це перешкоджає неперервній дифузії електронів та дірок. На межі напівпровідників виникає запираючий шар шириною , який перешкоджає руху основних носіїв заряду (електронів в - та дирок в -напівпровіднику).

Потенціальна енергія електрона  в  області визначається його зарядом  та потенціалом   переходу в цій області () і буде менша, ніж потенціальна енергія  неосновних носіїв (дірок) в -напівпровіднику (). В -напівпровіднику потенціал  переходу від’ємний і потенціальна енергія неосновних носіїв (електронів) буде більшою, ніж дірок. На мал.4а суцільною кривою лінією показана потенціальна енергія електронів в - та -напівпровідниках, а пунктирною - потенціальна енергія дірок. При відсутності зовнішнього електричного поля основні носії заряду не можуть подолати потенціального бар’єру, який утворений закриваючим шаром шириною , і перейти з валентної зони в зону провідності. Деякій кількості основних носіїв заряду все ж таки вдається подолати потенціальний бар’єр, внаслідок чого через перехід потече невеликий струм. Цей струм компенсується зустрічним струмом неосновних носіїв .

Якщо на - напівпровідник подати додатній потенціал, а на - від’ємний, то електрони та дірки під дією електричного поля почнуть рухатися в напрямках, протилежних  переходу (мал. 4б). Закриваючий шар розширяється, його опір збільшується. Збільшується і висота потенціального бар’єру. Тепер основні носії не можуть подолати його і через  перехід потече тільки струм неосновних носіїв .

Якщо на -напівпровідник подати від’ємний потенціал, а на - додатній, то електрони та дірки під дією електричного поля почнуть рухатися в напрямках до  переходу (мал. 4в). Закриваючий шар звужується, його опір зменшується. Зменшується і висота потенціального бар’єру. Основні носії починають рухатися через  перехід, створюючи великий основний струм . Струм неосновних носіїв значно менший основного струму.

Якщо на  перехід подати змінну напругу, то через нього великий струм буде протікати тільки під час одного напівперіоду, коли на n-напівпровіднику від’ємний потенціал, а на - додатній. Тому  перехід можна використовувати для випрямлення змінного струму.