Теоретическое введение. Основным элементом полупроводниковых приборов является p-n переход, который представляет собой тонкий слой на границе раздела двух полупроводников различного

Основным элементом полупроводниковых приборов является p-n переход, который представляет собой тонкий слой на границе раздела двух полупроводников различного типа электропроводности. Из-за неравномерности концентраций носителей происходит взаимная диффузия (электроны, в основном, диффундируют из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа, а дырки в противоположном направлении). В результате этого процесса вблизи границы раздела n-область заряжается положительно (положительный заряд ионов не скомпенсирован зарядом электронов), а p-область отрицательно (рис. 1).

Рис. 1

Рис. 1

Эти объемные заряды образуют у границы двойной электрический слой, поле которого, направленное от n-области к p-области препятствует дальнейшему переходу электронов из n в p и дырок из p в n. Этот слой называется запирающим слоем. Типичная толщина слоя около 0,1 мкм. Наличие контактного поля приводит к тому, что в области p-n перехода возникает искривление энергетических зон и образуются потенциальные барьеры для электронов и дырок. Эти барьеры способствуют уходу из соответствующих областей неосновных носителей. Ток неосновных носителей (ток проводимости) уравновешивается диффузионным током, если на p-n переход подается внешняя разность потенциалов.

Если к p-n переходу присоединить источник тока таким образом, что внешнее поле совпадает по направлению с контактным, высота барьера увеличивается, что приводит к уменьшению диффузного тока. Такое подключение называется обратным. Ток проводимости практически не меняется с увеличением напряжения вследствие малой концентрации неосновных носителей (обратная ветвь вольт-амперной характеристики). Значение обратного тока через p-n переход при больших обратных напряжениях называют током насыщения ( ).

Если изменить полярность напряжения так, что под действием внешнего поля потенциальный барьер уменьшится (прямое подключение), то ток проводимости практически останется неизменным, а диффузионный ток начнет увеличиваться по экспоненциальному закону (прямая ветвь вольт-амперной характеристики) (рис. 2.).

, (1)

где e – заряд электрона; T – температура; k – постоянная Больцмана; U – внешнее напряжение.

Таким образом, p-n переход обладает односторонней (вентильной) проводимостью.

Рис. 2