Р-н-перехід і його властивості

Тонкий шар напівпровідника між двома областями, одна з яких представляє напівпровідник р-типу, а інша я-типу, називають р- / г-переходом. Концентрації основних носіїв заряду в р- і я-областях можуть бути рівні або істотно різнитися. У першому випадку р-я-перехід називають симетричним, у другому – несиметричним. Найчастіше використовують несиметричні переходи.

Нехай концентрація акцепторної домішки в р-області більше, ніж концентрація донорної домішки в я-області (рис. 1.3, а). Відповідно, концентрація дірок (світлі кружки) в р-області буде більше, ніж концентрація електронів (чорні кружки) в я-області.

За рахунок дифузії дірки з р-області і електрони з я-області прагнуть рівномірно розподілитися по всьому об’єму. Якби електрони і дірки були нейтральними, то дифузія зрештою привела б до повного вирівнювання їх концентрацій по всьому об’єму кристала. Однак цього не відбувається. Дірки, переходячи з р-області в я-область, рекомбінують з частиною електронів, що належать атомам донорної домішки. В результаті залишилися без електронів позитивно заряджені іони донорної домішки утворюють прикордонний шар з позитивним зарядом. У той же час відхід цих дірок з р-області призводить до того, що атоми акцепторнійдомішки, що захопили сусідній електрон, утворюють нескомпенсований негативний заряд іонів в прикордонній області. Аналогічно відбувається дифузійне переміщення електронів з я-області в р-область, що приводить до того ж ефекту. В результаті на кордоні, що розділяє я-область і р-область, утворюється вузький, в частки мікрона, прикордонний шар, одна сторона якого заряджена негативно (р-область), а інша – позитивно (я-область). Різниця потенціалів, утворену прикордонними зарядами, називають контактною різницею потенціалів UK (див. Рис. 1.3, а), або потенційним бар’єром, подолати який носії не в змозі. Дірки, що підійшли до кордону з боку р-області, відштовхуються назад позитивним зарядом, а електрони, що підійшли з я-області, – негативним зарядом. Таким чином, утворюється р-я-перехід, що представляє собою шар напівпровідника з пониженим вмістом носіїв – так званий збіднений шар, який має відносно високий електричний опір.

Властивості р-я-структури змінюються, якщо до неї прикласти зовнішню напругу. Якщо зовнішня напруга протилежно по знаку контактної різниці потенціалів (рис. 1.3, б), то дірки р-області, відштовхуючись від прикладеної позитивного потенціалу зовнішнього джерела, наближаються до кордону між областями, компенсують заряд частини негативних іонів і звужують ширину р-п-переходу з боку р-області. Аналогічно цьому, електрони я-області, відштовхуючись від негативного потенціалу зовнішнього джерела, компенсують заряд частини позитивних іонів і звужують ширину р-я-переходу з боку я-області. Потенційний бар’єр звужується, через нього починають проникати дірки з р-області і електрони з я-області та через р-я-перехід починає текти струм.

Зі збільшенням зовнішнього напруги струм зростає необмежено, так як створюється основними носіями, концентрація яких постійно заповнюється джерелом зовнішнього напруги.

Полярність зовнішньої напруги, що приводить до зниження потенційного бар’єру, називається прямою, або відкриває, а створений нею струм – прямим. При подачі такої напруги р-я-перехід відкритий.

Якщо до р-я-структурі прикласти напругу зворотної полярності (рис. 1.3, в), то ефект буде протилежним. Під дією електричного поля джерела дірки р-області зміщуються до негативного потенціалу зовнішньої напруги, а електрони я-області – до позитивного потенціалу. Таким чином, основні носії зарядів відсуваються зовнішнім полем від кордону, збільшуючи ширину р-я-переходу, який виявляється майже вільним від носіїв заряду. Електричний опір р-я-переходу при цьому зростає. Така полярність зовнішньої напруги називається зворотної, замикаючої. При подачі такої напруги р-я-перехід закритий.

Проте при зворотному напрузі спостерігається протікання невеликого струму / обр. Цей струм, на відміну від прямого, визначається носії не примесной, а власної провідності, що утворюється в результаті генерації пар «вільний електрон-дірка» під впливом температури. Ці носії позначені на рис. 1.3, в єдиним електроном в р-області і єдиною діркою в я-області. Значення зворотного струму практично не залежить від зовнішньої напруги. Це пояснюється тим, що в одиницю часу кількість генерованих пар «вільних електрон-дірка» при незмінній температурі залишається постійним, і навіть при U ^ р в частки вольта всі носії беруть участь у створенні зворотного струму.

При подачі зворотної напруги р-я-перехід уподібнюється конденсатору, пластинами якого є р-і я-області, розділені діелектриком. Роль діелектрика виконує прикордонна область, майже вільна від носіїв заряду. Цю ємність р-я-переходу називають бар’єрної. Вона тим більше, чим менше ширина р-я-переходу і чим більше його площу.

Посилання на основну публікацію