Токи в полупроводниках – направленное движение зарядов – электронов и дырок.
Различают:
– диффузионный ток – движение зарядов от большей концентрации к меньшей
– дрейфовый – движение зарядов под действием электрического поля.
Электрон движется навстречу силовым линиям электрического поля, дырка – по силовым линиям.
2.1.2 Электронно - дырочный переход (р - n переход).
2.1.2.1 Процессы в p- n переходе при отсутствии внешнего источника.
(изолированный p- n переход)
Электронно – дырочным или p – n переходом называют область на границе полупроводника с различным типом проводимости.
Его получают вплавлением или диффузией соответствующих примесей в монокристаллы полупроводника.
Рассмотрим процессы в изолированном p – n переходе при одинаковой концентрации дырок и элементов в p и n областях:
эпюра напряжений
а) вследствие наличия градиента концентрации носителей зарядов начинается встречное движение электронов и дырок. à диффузионный ток ОНЗ – jдиф. ОНЗ.
б) электроны и дырки, переходя в соседние области рекомбинируют – концентрация основных носителей в пограничных областях снижается, т.е. на границе полупроводника с различным телом проводимости образуется
Слой, бедный ОНЗ и близкий по проводимости к диэлектрику. б – изолирующий слой (запирающий).
в) по краям изолированного слоя в области n сосредотачиваются положительно заряженные ионы донорной примеси (неподвижные узлы кристаллической решётки – атомы, получившие положительную ионизацию, а в области p – отрицательно заряженные ионы акцепторной примеси(атомы присоединившие элементы)).
г) между противоположными зарядами возникает внутреннее электрическое поле Евнутр., силовые линии которого направлены из n к p.
д) Евнутр препятствует диффузионному движению ОНЗ. jдиф. снижается.
Е) Евнутр способствует движению через p – n переход
ННЗ à дрейфовый ток ННЗ ^ ; jдрейф ^ - направление ротивоположное jдиф
ж) Поскольку в изолированном полупроводнике плотность тока = 0 – наступает динамическое равновесие: jдиф.онз – jдрейф.онз = 0
з) в p-n переходе устанавливается контактная разность потенциалов (потенциальный барьер). Uконт ,которая определяется концентрацией примесей в n и p областях, чем > Uконт, тем более широкую полосу по кидают ОНЗ на границе.
2.1.2.2 Прямое включение p – n перехода.
Противоположно Eвнутр
а)контурная разность потенциалов снижается : Uрез=Uконт –Uпр ; и результ. поле в переходе снижается Ерез= Eвнутр – Eвнеш .
б)в результате ослабления результ. поля ОНЗ приближ. к р-п переходу, концентр. И градиент концентр.. растёт.
в)ширина изолированного слоя б уменьшается
г)возрастает Iдиф. и Iпрямой. Переход ОНЗ через потенциальный барьер в ту сторону, где он становится ННЗ называется инжекцией.
д)Iдрейф. по сравнению с Iдиф.ничтожно малое.
2.1.2.3 Обратное включение р-п перехода.
а)Пот. барьер и рез. поле увеличиваются:
Uрез=Uвн+Uвнутр; Ерез=Евн+Евнутр
б)ОНЗ отодвигается от р-п перехода а ННЗ приближается.
в) б увеличивается
г)диффузионный ток ОНЗ прекращается.
д)под действием Ерез. возникает дрейфовый ток ННЗ через р-п переход и обратный ток Iобр во внеш.цепи. Так как конц. ОНЗ в 10 раз выше ННЗ, то Iобр<<Inp.
2.1.2.4 Вольт – амперная характеристика р-п перехода.
Характеристика идеального р-п перехода:
I=I0 (eeU/kT - 1)
I0- обратный ток р-п перехода