Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Электронно-дырочным переходом или р-n переходом, называют переходный слой, возникший при контакте двух полупроводников с различным типом электропроводности и обладающий особыми свойствами.

Границу х₀, разделяющую р- и n- области кристалла, называют металлургической границей.

 

p-n переход, в котором концентрации до­норов N_д и акцепторов N_a изменяются скачком на границе раздела называют резким, в противном случае - это плавный переход.

 

 

 

Плотность полно­го диффузионного тока, проходящего через границу разде­ла, определится суммой:

(1)

 

 

 

 

Поскольку потенциальная энергия электрона и потен­циал связаны соотношением Е = -qU, образование не­скомпенсированных объемных зарядов вызывает пониже­ние энергетических уровней n-области и повышение энер­гетических уровней р-области.

 

 

 

Высота потенциального барьера определяется:

 

 

(2)

 

 

Распределение поля в р-n переходе выражается кусочно-линейной функцией и равно нулю при х>х_n и х<х_р и максимально при х=х₀:

(3)

 

Распределение потенциала описывается выражениями :

в р-области:

(4)

и в n-области:

(5)

 

 

Ширина p-n перехода, обозначаемая

d₀ = d_p + d_n, определяется:

(6)

 

 

При N_d=N_a выполняется условие . Такой переход называют симметричным. При N_d≠N_a переход называют несимметричным.

В этом случае переход оказывается сдвинутым в область с меньшей концентрацией примеси.

 

 

Если учесть, что , а , то имеем:

(7)

 

 

Из равенства (7) видно, что ширина слоев объемных зарядов в n- и p-областях обратно пропорциональна кон­центрациям примесей и в несимметричном переходе запи­рающий слой расширяется в область с меньшей концен­трацией примесей.

Увеличение концентрации примесных атомов сужает запирающий слой, а уменьшениерасширя­ет его.