P-n переход

Пусть слева находится Ge n-типа с концентрацией доноров N_Д (основные носители – электроны), а справа Ge р-типа с концентрацией доноров N_А (основные носители – дырки). Обе области разделены перегородкой (рис.4.17).

 

 

 

Рис. 4.17

При не слишком низких температурах концентрации электронов в n-области n_n0 и дырок в р-области р_р0 практически равны:

 

Имеются также неосновные носители: в n-области дырки р_n0; в р-области электроны n_р0. Их концентрацию можно определить из закона действующих масс:

 

(4.28)

где n_i – концентрация носителей в собственном п/п.

При N_Д= NА = 10²² м^-3, n_i = 10¹⁹ м^-3 получаем р_n0=n_р0 = 10¹⁶ м^-3.

Концентрация дырок в р-область на 6 порядков выше их концентрации в n-область. Концентрация электронов в n-область на 6 порядков выше их концентрации в р-область.

Уберем перегородку (рис.4.18). Из-за разности концентраций возникают диффузионные потоки: электронов из n-области в р-область (n_n→p); дырок из р-области в n -область (р_p→n).

Части п/п, из которых диффундировали заряды заряжаются:

n – область - положительно; р-область – отрицательно.

Диффузия продолжается, пока поднимающийся μ_р не уровняется с опускающимся μ_n. При этом устанавливается равновесие потоков:

		Рис. 4.18

 

Уход электронов из приконтактной n-области формирует неподвижный положительный объемный заряд ионизированных атомов донорной примеси толщиной dn. Аналогично в р- области - dр. Между ними образуется контактная разность потенциалов, создающая в р-n переходе потенциальный барьер:

	(4.29)

 

Этот барьер препятствует переходу электронов из n в р-области и дырок из р в n-область. При n_n0= 10²² м^-3, n_р0 = 10¹⁶ м^-3 и Т=300 К φ≈ 0,45 эВ.

Если преобразовать рис. 4.18, изобразив энергетическую диаграмму относительно выпрямленного уровня Ферми μ, то получится энергетическая диаграмма, обычно применяемая при рассмотрении работы p-n перехода (рис.4.19).

 

 

Рис.4.19