Лекция: Властивості р-n-переходу.
Розглянемо процеси в р-n-переході у відсутності зовнішнього електричного поля (стан термодинамічної рівноваги).
Оскільки концентрація дірок у напівпровіднику р-типу набагато більша, ніж у напівпровіднику n-типу, і навпаки – в напівпровіднику n-типу висока концентрація електронів, то на межі розподілу напівпровідників з різною електропровідністю створюється перепад (градієнт) концентрації дірок та електронів. Це викликає процес дифузії носіїв заряду з області з підвищеною в область з низькою концентрацією носіїв.
Основні носії р-області – дірки – дифундують в n-область, а основні носії n-області – електрони – дифундують в р-область.
Коли під впливом сил дифузії носії перейдуть контактну границю, вони рекомбінують з основними носіями другої області. Внаслідок відходу основних носіїв з однієї області та їх рекомбінації у другій області у приконтактних областях створюється збіднений на рухомі носії заряду шар і з’являється нескомпенсований негативний заряд за рахунок іонів донорної домішки (в приконтактній області n-типу). Збіднений на рухомі носії заряду шар має незначну електропровідність і його називають запірним шаром.
Подвійний електричний об’ємний заряд створює електричне поле з напруженістю Ек, що спричиняє появу на кривій розподілу потенціалу в напівпровіднику потенціального бар’єра jк.
Електричне поле, яке виникло у середині запірного шару, спричиняє спрямоване переміщення носіїв заряду через перехід – дрейфовий струм, спрямований назустріч дифузній складовій струму через перехід. Дрейфовий струм через перехід дорівнює:
| Ідр = Ідр р + Ідр n. |
Напрям струмів дрейфу протилежний струмам дифузії і, за відсутності зовнішньої напруги та при незмінній температурі, ці струми однакові і повний струм через р-n-перехід дорівнює нулю:
| І = Ідиф р + Ідиф n + Ідр р + Ідр n = 0. |
Ширина запірного шару в р — та n-областях залежить від концентрації іонів домішок у областях та тим менша, чим більша концентрація домішок. Тому, коли Nа >> Nд , перехід має подвійний електричний шар, ширина якого в області з меншою концентрацією домішок більша.
Залежність струму через р-n-перехід від прикладеної напруги І = ƒ(U) називається вольт-амперною характеристикою (ВАХ) електронно-діркового переходу і вона визначається виразом:
| (**) |
де:
ü − зворотний струм неосновних носіїв через перехід. Його іноді називають тепловим струмом, тому що він сильно залежить від температури – при нагріві напівпровідника збільшується генерація неосновних носіїв.
Вольт-амперна характеристика (ВАХ), що описується виразом (**) буде мати наступний вигляд (рис. 1).