Электронно-дырочный переход

Р-n– переходы образуются при контакте двух п/п с различной проводимостью.P-n– переходы могут создаваться либо сплавлением двух кристаллов одного и того же типа с различной проводимостью(диффузия), либо путём введения с поверхности акцепторных или донорных примесей (ионоипмлантация).

Данными способами осуществляется идеальный контакт двух п/п с различной проводимостью, но с одинаковой по величине запрещёнными зонами.

P-n– переходы бывают:

• Симметричные(концентрация носителей вp- иn-областях одинакова);

• Несимметричные(разная концентрация носителей в этих областях)

Могут быть р-n– переходы, у которых имеется градиент концентрации носителей.

Симметричные переходы могут быть:

• Резкими (переходная область невелика);

• Сплавными (переходная область значительно больше);

• P-p⁺иn-n⁺(переход образован п/п одного типа, но с разными концентрациями примесей);

• P-iиn-i– переходы (образованы примесным и собственным п/п);

• P-i-n;

• Переходы, образованные при контакте металла с п/п.

Физические процессы в симметричном р-n – переходе

Симметричность перехода обусловлена равенством концентраций основных и неосновных носителей в обоих п/п, создающих р-n– переход.

Nn=Pp- основные носители

Pn=Np- неосновные носители.

При соприкосновении п/п p– иn– типов градиенты концентрации электронов и дырок на границе будут отличны от 0.

dN/dX>0

dP/dX<0

Существование градиента плотности частиц будет вызывать диффузионный поток в сторону меньшей концентрации. Это движение не связано с взаимным отталкиванием одноименно заряженных частиц или взаимным притяжением электронов и дырок. Причиной движения частиц является только различная их концентрация по обе стороны от границы.

E_К

Wpeφ_0pnW,Epeφ_кnX

0xeφ_0p

ЗП ЗПeφ_0n W_А W_Ф

W_Д W_Ф

ЗС ЗСN,P2L

W_АW_Ф

P_p N_P P_N N_N

ВЗ ВЗX

φ

eφ_к =eφ_0p -eφ_0nX

E

X

В результате ухода электронов в полупроводнике n-типа возникает область повышенной концентрации положительных неподвижных зарядов, поскольку вблизи границы остаются ионы. Это область, обеднённая электронами.

В полупроводнике p-типа в результате ухода дырок возникает область повышенной концентрации отрицательных зарядов, т.е. область, обеднённая дырками.

Двойной слой электрических зарядов по обе стороны границы разделения создаётся за счёт разности потенциалов _Ки Е_К.

Таким образом, в приконтактной области р-n– перехода образуется слой, обедненный основными носителями и имеющий пониженную электропроводность. Он называется запирающим.

Вектор Е_К направлен так, что препятствует диффузионному движению основных носителей.

Поле Е_Кускоряет неосновные носители. Под его влиянием дырки легко перемещаются изn-п/п вp-п/п, а электроны – в обратном направлении.

Движение неосновных носителей образует дрейфовый ток, направленный навстречу диффузионному току.

Возникновение и развитие поля Е_К, а вместе с ним и дрейфового тока будет происходить, пока не установится динамическое равновесие.

Условия равновесия

При равновесии поле Е_Кдостигает такой величины, что уменьшившийся диффузионный ток оказывается полностью скомпенсированным встречным дрейфовым током.

В условиях динамического равновесия уровень Ферми системы п/п p- иn-типа должен быть единым. За границей запирающего слоя показаны неискажённые энергетические диаграммы. В пределах этой зоны произошло относительное смещение границ энергетических зон за счёт образованных ранее потенциалов на величину_ke=e_0P-_0N.

J_d+j_D=0

И диффузионный, и дрейфовый ток состоит из двух токов: обусловленным движением электронов и обусловленным движением дырок. Хотя движение электронов и дырок протекает в противоположных направлениях, токи, обусловленные этим перемещением, текут в одном направлении.

Направление суммарного дрейфового тока противоположно направлению суммарного диффузионного тока.

Условие равновесия: