3. Физические явления в p-n переходе

Полупроводники (п/п) (германий, кремний) по проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Н осителями зарядов в п/п являются электроны и «дырки» - отсутствие эл-нов в орбите атома. Процесс генерации собственных носителей заряда – возникновение пары электрон –«дырка». Когда эл-н занимает место «дырки» и происходит взаимное уничтожение 2-х зарядов – процесс рекомбинации. В установившемся режиме оба процесса существуют и уравновешивают друг друга. При добавлении примесей в чистый п/п проводимость изменяется. Если ввести в чистый п/п атомы примесей 5-й группы элементов таблицы Менделеева, то при образовании валентных связей один из электронов атомов примесей оказывается лишним. Такая примесь наз-ся донорной. Концентрация электронов при этом в таком п/п оказывается значительно больше на несколько порядков чем концентрация «дырок». Такой п/п наз-ют п/п n-типа, а проводимость наз-ют электронной. В целом п/п электрически нейтрален, т.к. избыточный заряд подвижных носителей зарядов компенсируется зарядом неподвижных ионов примесей. Если же в чистый п/п вести атомы примесей 3-й группы, основными носителями заряда становятся «дырки», а неосновными – электроны. Такая примесь наз-ся акцепторной, а п/п приобретает проводимость p-типа: на практике чаще используют соединение 2-х п/п с разным типом проводимости и образ. рn-переход.

После соединения примесных п/п-ов начинается процесс диффузии – «дырки» переходят в n-слой и рекомбинируются электронами.

В рез-те этого взаимного перехода

п о обе стороны от границы образуются 2 слоя, обедненные основными носителями зарядов. Сопротивления этих слоев при этом резко увеличивается. Вместе с собой эти носители зарядов перенесли объемные заряды. Это является причиной появления электрического поля Е₀­­­­. Величина напряженности этого эл поля зависит от материала проводника. Для кремния 0,7 В, для германия – 0,20,3 В. Эл поле препятствует дальнейшему прохождения электронов и «дырок» и наступает равновесие. Если к p-n переходу приложить внешнее напряжение полярностью «+» к p-слою, «-» - к n-слою, то практически всё внешнее напряжение будет приложено к запирающему слою с напряженностью Е₀ как к участку с наибольшим сопротивлением.

Т.к. внешнее напряжение направлено встречно Е₀, то ширина запирающего слоя будет уменьшаться по мере увеличения U_внеш. При некотором значении U_внеш Е₀­­­­

запирающий слой исчезнет, сопротивление цепи резко уменьшится и появится ток, кот наз-ют прямым током, а p-n-переход считают открытым.

Е сли внешнее напряжение обратной полярности, то запирающее станет ещё шире, а сопротивление его больше. При этом p-n-переход считают закрытым и по нему протекает ток, кот наз-ют обратным током. Он вызван неосновными носителями зарядов («дырки» в n-слое и электроны в p-слое). Обратный ток часто наз-ют тепловым током. Он существенно зависит от температуры окр среды. Тепловой ток удваивается при нагреве на каждые 8С у германиевых p-n-переходов или на каждые 10С у кремниевых.Т.о. p-n-переход обладает св-вом односторонней проводимости, обратный ток как правило на 3-4 порядка меньше прямого. Зав-ть между током через p-n-переход и приложенным напряжением наз-ся ВАХ. Рис2 – идеальный, рис3 – реальный p-n переход

1)U_внеш< Е₀­­­­ 2)U_внеш> Е₀­­­­ 3) На p-n-переход действует обратное напряжение не опасного значения. 4) Участок электрического пробоя (пробой бывает туннельный и лавинный). Этот пробой обратим; при снятии обратного напряжения св-ва p-n-перехода восстанавливаются полностью. 4) Электрический пробой переходит в тепловой пробой. Происходит расплав. Этот пробой необратим.