P-n-переход и его свойства
Область на границе двух п-п с различными типами проводимости называется электронно-дырочным или p-n-переходом. На практике p-n-переход получают введением в примесный полупроводник дополнительной легирующей примеси. Например, в п-п p-типа вводится донорная примесь. При соприкосновении 2-х п-пв пограничном слое происходит рекомбинация e– и дырок. Свободные e– из зоны п-п n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне п-п p-типа. В результате вблизи границы двух п-побразуется запирающий слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением.
Кроме того, в n-области в приграничном слое образуется положительный объемный заряд, который создан «+» заряженными атомами донорной примеси (т. к. e– ушли в п-п р-типа), а в p-области образуется «–» объемный заряд, который создан «–» заряженными атомами акцепторной примеси (т. к. дырки были заполнены e– – из п-п n-типа).
Между образовавшимися объемными зарядами возникает контактная разность потенциалов Uk = φn – φp, на диаграмме показано распределение потенциала вдоль оси х, перпендикулярной границе раздела 2-х п-п, за нулевой потенциал принят условно потенциал граничного слоя (рисунок 1.21).
Возникшая разность потенциалов Uk создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее дальнейшему переходу e– из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Т. е. возникает потенциальный барьер.
Рисунок 1.21 – Распределение потенциала вдоль оси х, перпендикулярной границе раздела при отсутствии внешнего источника напряжения |
Пусть теперь источник внешнего напряжения подключен «+» полюсом к п-п p-типа и «–» полюсом к п-п n-типа. Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым (рисунок 1.22).
В этом случае внешнее электрическое поле направлено навстречу полю контактной разности потенциалов. В результате высота потенциального барьера понижается, возрастает Iдиф, который называют прямым током, сопротивление p-n-перехода резко снижается, уменьшается также ширина запирающего слоя. Когда d = 0, то потенциальный барьер в p-n-переходе исчезает и сопротивление p-n-перехода определяется только сопротивление п-п.
Рисунок 1.22 – Распределение потенциала при прямом включении источника |
Рисунок 1.23 – Распределение потенциала при обратном включении источника |
Такая емкость называется барьерной емкостью.
При увеличении Uобр ширина p-n-перехода возрастает, а С уменьшается (рисунок 1.24). При этом Cбар = .
Рисунок 1.24 – Зависимость С от Uобр |