Электрический ток через контакт полупроводников р- и n-типов

Электрический ток через контакт полупроводников р- и n-типов

Наиболее интересные явления происходят при контакте полупроводников ЭН и Пэ типов. Эти явления используются в большинстве полупроводниковых приборов. 
Часто такие полупроводники называют примесными. Примеси бывают 2 видов. Донорная примесь: основные носители заряда - свободные электроны. Остается положительный ион примеси.  
Акцепторная примесь: основные носители заряда — дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контакта донорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход).

Полупроводники состоят из корпуса, внутри которого происходит П ЭН переход. Полупроводниковые диоды схематически изображают в виде стрелки. Направление стрелки указывает направление тока.
На этом рисунке вы видите схему полупроводника, правая часть которого содержит донорные примеси, т.е. является полупроводником ЭН типа, а левая –акцепторные примеси и представляет полупроводник Пэ типа. Между ними находится зона перехода, содержащая очень маленькое количество зарядов, здесь и происходит рекомбинация электронов и дырок.

При заданной температуре полупроводника в единицу времени образуется определенное число дырочно – электронных пар. В это же время идет обратный процесс – при встрече свободного электрона с дыркой, восстанавливается электронная связь между атомами. Этот процесс и называется рекомбинацией.
На рисунке дырки обозначены серыми кружочками, а электроны – голубыми. Взаимодействие двух таких полупроводников называют   Пэ Эн или ЭН П переходами. В процессе такого контакта происходит диффузия электронов из n (ЭН)-области в p (Пэ)-область и "дырок" из p-области в n-область. Это приводит к возникновению запирающего слоя, мешающего продолжению процесса диффузии. P-n переход обладает односторонней проводимостью. 
Рассмотрим другой вариант перехода носителей заряда.
Подключим p-n переход к источнику тока следующим образом: p-область  соединим с положительным полюсом, а  n-область - с отрицательным полюсом. В результате действия электрического поля появляется  движение основных носителей зарядов через контактный слой. Такой способ подключения называют включением в прямом направлении.
Если поменяем полюса, то ширина запирающего слоя увеличивается, и движение основных носителей зарядов через контактный слой прекращается, но возможно движение неосновных зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют обратным.
Зависимость силы тока от напряжения или, говоря другими словами, вольт-амперная характеристика полупроводникового диода выражена  кривой АОВ(Бэ). Причем ветвь ОВ соответствует пропускному направлению тока, когда ток создается основными носителями зарядов, т.е. при прямом подключении, и  при увеличении напряжения сила тока возрастает. Ветвь АО соответствует току, созданному неосновными носителями зарядов, т.е. обратное подключение, и значения силы тока невелики.
Свойства р-п-перехода.
1.    Образуется запирающий слой шириной Дэ равный 10 в минус седьмой степени метра, образованный зарядами ионов примеси, потенциал изменения напряжения которых изменяется от ноль целых 4 десятых, до ноль целых восьми десятых вольт, т.е. включением в обратном направлении. 
Напряженность будет равна отношению разности потенциалов к ширине запирающего слоя. Подставив данные найдем, что потенциал будет равен 4 на 10 в шестой степени вольт на метр.
2.    Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Ток у основных носителей заряда отсутствует. Существует слабый ток неосновных  носителей заряда. Такое включение называется обратным.
3.    Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда.
4.    p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении – это свойство односторонней проводимости.
Пэ ЭН переход по отношению к току не симметричен, в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше чем в обратном. Т. е. Пэ ЭН переходы можно использовать для выпрямления тока.

Это свойства используются при создании приборов и устройств. Примером таких устройств являются полупроводниковые диоды, которые изготавливают из германия, кремния, селена.