P-n-переходы

P-n-переходыСамым удиви­тельным свойством полупроводников оказалось свойство односторонней проводимости так называемого p-n-перехода - контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимости.

Для образования р-n-перехода нужно создать в кристалле с дырочной проводимостью область с элект­ронной проводимостью (или, наобо­рот, к кристалле с электронной проводимостью область с дырочной про­водимостью).

Такую область создают путем вве­дения примеси в процессе выращива­ния кристалла или атомы примеси вводят в готовый кристалл. Через границу, разделяющую области крис­талла с различными типами прово­димости, происходит диффузия элект­ронов и «дырок».

Диффузия электронов из n-облас­ти в р-полупроводник приводит к появлению в электронном полупровод­нике нескомпенсированных положи­тельных ионов донорной примеси. В дырочном полупроводнике рекомби­нация электронов с «дырками» приводит к появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси. В дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с «дырками»приводит к появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси. между двумя слоями объемного заряда возникает электрическое поле. По мере накопления объемного за­ряда напряженность поля возрастает и оно оказывает все большее проти­водействие переходам электронов из n-области в р-полупроводник и со­ответственно «дырок» из р-области в n-полупроводник. Электронно-ды­рочный переход, или сокращенно р-n-переход, является границей, разделяющей области с дырочной (р) и электронной (n) проводимостями в од­ном и том же монокристалле.

Пограничная область раздела по­лупроводников с различным типом проводимости (она называется запи­рающим слоем) в связи с уходом сво­бодных электронов и «дырок» прак­тически превращается в диэлектрик.

Между областями с различным типом проводимости объемные заря­ды ионов создают запирающее на­пряжение U3; его значение для герма­ниевых р-n-переходов равно при­мерно 0,35 В, для кремниевых – около 0,6 В.

Если р-n-переход соединить с источником тока так, чтобы с его по­ложительным полюсом была соедине­на область с электронной проводи­мостью, то электроны в га-полупро­воднике и «дырки» в р-полупроводнике удаляются внешним полем от за­пирающего слоя в разные стороны, увеличивая его толщину. Сопротив­ление р-n-перехода велико, сила тока мала и практически не зависит от напряжения. Этот способ включе­ния p-n-перехода называется включением в запирающем или в об­ратном направлении. Обратный ток в этом случае обусловлен собственной проводимостью полупроводниковых материалов, образующих р-n-переход, т.е. наличием небольшой кон­центрации свободных электронов в р-полупроводнике и «дырок» в n-по­лупроводнике. Этот ток очень мал.

Если р-n-переход соединить источником тока так, чтобы положительный полюс был соединен с областью с дырочной проводимостью, а отрицательный — с областью с электронной проводимостью, то пере­ходы основных носителей через р-n-переход облегчаются. Двигаясь навстречу друг другу, основные носители входят в запирающий слой, уменьшая его сопротивление. Сила тока через р-n-переход в этом случае при напряжениях, превышающих U3, ограничивается лишь сопротивлением внешней электрической цепи. Этот способ включения называется включением в пропускном или в пря­мом направлении.