Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход

Рассмотрим резкий p-n-переход, в котором концентрации донорной и акцепторной примесей изменяются скачком на металлургической границе раздела. В р-области концентрация дырок – основных носителей [pic 1] значительно больше, чем в n-области ([pic 2]>>[pic 3]). Поэтому дырки будут диффундировать из р-области в n-область, где они являются неосновными носителями ([pic 4]<<[pic 5]) и рекомбинируют с электронами проводимости. Вследствие этого в некотором слое р-области, примыкающем к границе раздела, появится нескомпенсированный отрицательный объемный заряд, обусловленный отрицательными неподвижными ионами акцепторной примеси. Аналогично диффузия электронов проводимости из n-области в р-область, где они являются неосновными носителями ([pic 6]<<[pic 7]) и рекомбинируют с дырками, будет сопровождаться образованием в некотором слое n-области, примыкающем к границе раздела, нескомпенсированного положительного объемного заряда, созданного положительными неподвижными ионами донорной примеси. Наличие дипольного объемного заряда в приконтактной области, обедненной свободными носителями заряда,  вызывает появление в ней электрического поля, направленного от n-области к р-области.

        Электрическое поле, созданное в приконтактной области ионами легирующей примеси, препятствует диффузионному переходу основных носителей заряда через переход. Однако это поле вызывает дрейфовый ток неосновных носителей, который противоположно направлен диффузионному току. В отсутствие внешнего напряжения результирующий ток через переход равен нулю. Это означает, что контактное электрическое поле уменьшает диффузионный ток основных носителей вплоть до установления равновесного состояния, в котором этот ток становится равным малому дрейфовому току неосновных носителей. Между p- и n-областями в равновесном состоянии существует разность потенциалов [pic 8], которая называется контактной разностью потенциалов, и потенциальный барьер для основных носителей заряда, величина которого равна [pic 9], где [pic 10]  заряд электрона, при этом [pic 11] можно определить по формуле:                                        [pic 12],

где [pic 13] и [pic 14] - концентрация основных носителей  в n- и р-областях, [pic 15] - концентрация собственных носителей, [pic 16] - постоянная Больцмана, [pic 17] - абсолютная температура.

        Следовательно, электронно-дырочный переход (p-n-переход) – это переходный слой между двумя областями полупроводника p- и n-типа проводимости, который обеднен свободными носителями заряда и в котором существуют дипольный объемный заряд ионизованных примесей и созданные этим зарядом контактное электрическое поле и потенциальный барьер [pic 18] для основных носителей заряда.

        Если к электронно-дырочному переходу подключен внешний источник напряжения плюсом к р-области и минусом к n-области, то такое подключение p-n-перехода называют прямым. Внешнее напряжение [pic 19] такой полярности также называют прямым и считают положительным ([pic 20]>0). Поскольку электрическое сопротивление обедненной области объемного заряда перехода значительно превышает сопротивление p- и n-областей, то можно считать, что при прямом смещении перехода все приложенное внешнее напряжение падает на p-n-переходе. При прямом смещении перехода уменьшаются толщина области объемного заряда и величины разноименных объемных зарядов ионизованных примесей в переходе и, следовательно, напряженность электрического поля в p-n-переходе, а также результирующая разность потенциалов [pic 21] и потенциальный барьер [pic 22] перехода. Полная толщина области объемного заряда в резком  pnпереходе определяется по формуле: