Образование “p-n” перехода.

П ри объединении 2 приместных полупроводников p и n – типа одним из технологических способов, образуется контакт, в результате которого начинается обмен носителями. Носители из области высокой концентрации перемещаются в область с низкой концентрацией, т.е. электроны, которые являются основными носителями в полупроводниках n типа перемещаются в p область, а дырки, которые являются основными носителями в полупроводниках p типа перемещаются в n область. Область, разделяющая полупроводник на 2 части с разной проводимостью, называют электронно-дырочным или p-n переходом. Обычно p-n переходы создаются методами плавления или диффузии примесей в полупроводник, или выращиванием p-n перехода. Поэтому, p-n переходы бывают сплавные, диффузионные, и т.д. В примесях, помимо основных носителей заряда, имеются и не основные, которые тоже перемещаются в противоположенные области.

П ри уходе основных носителей из своих областей, в p области образуется отрицательно заряженные ионы акцепторной примеси, а в n области ионы донорной примеси. В результате, на границе разделения образуются 2 объёмных, пространственных заряда, противоположенных по знаку. Область образования пространственных зарядов и называется p-n переходом, его ширина не превышает десятых долей микрометров. Создавшиеся пространственные заряды образуют электрическое поле, которое направлено от + ионов донорной примеси, к – ионам акцепторной, т.е. от полупроводника n типа, к полупроводнику p типа. Образовавшиеся поле будет тормозящим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Т.е. это поле стремится вернуть основные носители вглубь своих полупроводников, а неосновные, совершая тепловое, хаотичное движение (дрейф) ускоряются этим полем и выталкиваются за границы p-n перехода. Наибольшая напряжённость в p-n переходе находится на границе разделения p и n областей. Перепад потенциалов в переходе равен контактной разности потенциалов, которая называется потенциальным барьером т.к. он препятствует переходу основных носителей заряда. Но в переходе всегда найдутся носители, способные преодолеть потенциальный барьер. Они образуют электронную и дырочную составляющую диффузионного тока. Также через потенциальный барьер беспрепятственно будут проходить не основные носители, которые будут создавать электронную и дырочную составляющую дрейфового тока, противоположенного направлению движения диффузионного. (i_nдиф+i_pдиф)-(i_nдрей+i_pдрей)=0. Это уравнение термодинамического равновесия pn перехода, т.е. небольшой по величине дрейфовый ток уравновешивает большой по величине диффузионный ток. Т.к. p-n переход находится в изолированном положении.

История создания "p-n" перехода.

Полупроводниковые приборы и интегральные МСХ в настоящее применяют прктически во всех отраслях науки и техники и особенно в радиоэлектроннике. Впервые полупроводниковый прибор (диод-детоктор) был использован в 1900г. Русским учёным А.С.Поповым в радиотелеграфичеком приёмнике. В 30-е года в нашей стране под руководством академика А.Ф.Иоффе было начато систематическое исследование свойств полупроводников. Советскими учёными Б.В.Курчатовым, В.П. Жузе, В.М.Гохбертом и М.С. Соминским проводились исследования явления электропроводимости и зависимости её от концентрации и природы примесей. В 1937г. А.Ф.Иоффе, А.В.Иоффе и Б.И.Давыдовым была разработана теория выпримления на границе 2 полупроводников с разным типом электропроводности. В 1940г. В.Е.Лашкарёв экспиреминтально доказал наличей слоёв различного типа электропроводимости по обе стороны от запирающего слоя в селеновых выпрямителях и доказал существование "p-n" перехода. Большим событием в радиотехнике и технике связи было появление тунельного диода. Его изобретение принадлежит японскому учёному Л.Есаки. В 1957г., изучая "p-n" переходы, изготовленные в сильнолегированном германии, он обнаружил аномальный ход ВАХ, обусловленый туннельным эффектом. Переходы с барьером Шотки получили широкое применение в самых разнообразных приборах, начиная с выпрямительных диодов и кончая БИСами. Это привело к значительному улучшению ряда характеристик приборов.