Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход в полупроводниках

Лекция № 21 Электронно-дырочный переход (р-n — переход)

1. Что собой представляет электронно-дырочный переход?

Место контакта двух полупроводников с различными типами проводимости (электронной и дырочной) называется электронно-дырочным переходом, или p–n-переходом. В области p–n- перехода возникает интересное и очень важное явление — односторонняя проводимость. На рис. 1 изображён контакт областей p- и n-типа; цветные кружочки — это дырки и свободные электроны, которые являются основными (или неосновными) носителями заряда в соответствующих областях.

электронно-дырочный переход

Рис.1. Запирающий слой p-n — перехода

2. Включение электронно-дырочного перехода в обратном направлении.

Совершая тепловое движение, носители заряда проникают через границу раздела областей. Свободные электроны переходят из n-области в p-область и рекомбинируют там с дырками; дырки же диффундируют из p-области в n-область и рекомбинируют там с электронами. В результате этих процессов в электронном полупроводнике около границы контакта остаётся не скомпенсированный заряд положительных ионов донорной примеси, а в дырочном полупроводнике (также вблизи границы) возникает не скомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси.

Эти не скомпенсированные объёмные заряды образуют так называемый запирающий слой ABCD, внутреннее электрическое поле Ei которого препятствует дальнейшей диффузии свободных электронов и дырок через границу контакта. Подключим теперь к нашему полупроводниковому элементу источник тока, подав «плюс» источника на n-полупроводник, а «минус» — на p-полупроводник (рис. 2).

Рис.2. Включение в обратном направлении: тока нет

3. Включение электронно-дырочного перехода в прямом направлении.

Мы видим, что внешнее электрическое поле E уводит основные носители заряда дальше от границы контакта. Ширина запирающего слоя увеличивается, его электрическое поле Ei возрастает. Сопротивление запирающего слоя велико, и основные носители не в состоянии преодолеть p–n-переход. Электрическое поле позволяет переходить границу лишь неосновным носителям, однако ввиду очень малой концентрации неосновных носителей создаваемый ими ток пренебрежимо мал.

Рассмотренная схема называется включением p–n-перехода в обратном направлении. Электрического тока основных носителей нет; имеется лишь ничтожно малый ток неосновных носителей. В данном случае p–n-переход оказывается закрытым. Теперь поменяем полярность подключения и подадим «плюс» на p-полупроводник, а «минус» — на n-полупроводник (рис. 3). Эта схема называется включением в прямом направлении.

Рис.3. Включение в прямом направлении: ток идёт

В этом случае внешнее электрическое поле E~ направлено против запирающего поля Ei и открывает путь основным носителям через p–n-переход. Запирающий слой становится тоньше, его сопротивление уменьшается. Происходит массовое перемещение свободных электронов из n-области в p-область, а дырки, в свою очередь, дружно устремляются из p-области в n-область. В цепи возникает ток I, вызванный движением основных носителей заряда.

Односторонняя проводимость p–n-перехода используется в полупроводниковых диодах. Диодом называется устройство, проводящее ток в лишь одном направлении; в противоположном направлении ток через диод не проходит (диод, как говорят, закрыт). Схематическое изображение диода показано на рис. 4.

Рис.4. Полупроводниковый диод

В данном случае диод открыт в направлении слева направо: заряды как бы текут вдоль стрелки (видите её на рисунке?). В направлении справа налево заряды словно упираются в стенку — диод закрыт.  Теперь, правда, электрическое поле препятствует току неосновных носителей, но этот ничтожный фактор не оказывает заметного влияния на общую проводимость.

Понравилась запись - поделись!

Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Яндекс
Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Ваш комментарий или трекбек: Адрес для трекбека.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.