Включение p-n-перехода под прямое напряжение:

К полупроводникам относятся вещества, обладающие электрическими свойствами, промежуточными между свойствами металлов и диэлектриков. В полупроводниковых приборах прохождение тока обусловлено электронными явлениями, происходящими в материале полупроводника.

Электрические свойства полупроводниковых материалов определяются валентными электронами, а не прочно связанными с ядрами (участвующими в создании электропроводности) электронами. Поэтому при изучении свойств полупроводников представляют интерес те энергетические зоны, в которых располагаются валентные электроны, и те, в которые эти электроны могут переходить при увеличении их энергии.

При воздействии внешнего электрического поля на полупроводник создаётся 2 вида проводимости:

- типа n в зоне проводимости (обусл. движением полусвободных и свободных электронов);

- типа p в зоне заполнения (обусл. движением дырок).

При этом носители положительного заряда – дырки – перемещаются к отрицательно заряженному полюсу, а электроны – к положительно заряженному полюсу источника электрического поля. Указанная проводимость – собственная проводимость, которая обычно невелика.

Введение незначительного количества инородных примесей значительно увеличивает электрическую проводимость полупроводника. При этом оказывается, что в зависимости от рода примеси можно получить проводимость как типа n, так и типа p.

n: ē>>p (концентрация), основные носители – ē, небольшое количество p (р-дырки).

р: р>>ē, основные носители – р, небольшое количество ē. φ_n=0

+ + + + Р - - - - n Р + + + + - - - - n -

+ + + + - - - - + + + + - + - - - - U_зап

В результате соприкосновения вблизи границы полупроводников создаётся слой, лишённый основных носителей заряда и вследствие этого обладающий значительным сопротивлением R («запирающий слой»). Вследствие этого при соприкосновении полупроводников часть ē, обладающих большей энергией, из области n будет диффундировать через пограничный p-n слой и рекомбинировать с дырками в р-области. Диффузия дырок в n-область – аналогично.

Тогда контактный слой полупроводника типа n оказывается обеднённым электронами и приобретает объёмный положительный заряд. Аналогично р принимает объёмный отрицательный заряд.

В области соприкосновения в полупроводнике типа р создаётся слой отрицательных неподвижных зарядов, а в n – слой положительных неподвижных зарядов, и на границе p-n-перехода образуется двойной запирающий слой (потенциальный барьер). Вследствие этого создаётся разность потенциалов U_зап запирающего слоя (контактная), препятствующая перемещению основных носителей.

Но это поле не является препятствием для неосновных носителей. Наоборот, оно способствует передвижению этих носителей заряда через p-n-переход, что несколько снижает потенциальный барьер, создаваемый запорным слоем. Средний ток через р-переход равен 0 (динамическое равновесие).

Включение p-n-перехода под прямое напряжение:

Полярность внешнего напряжения: - - к n, + - к р. Полярность приложенного напряжения обратна полярности U_зап.

Внешнее напряжение компенсирует запорный слой основные носители заряда приближаются к p-n-переходу, заполняют запирающий слой и уменьшают его толщину R , во внешней цепи появляется ток I (прямой ток, прямое напряжение).

U_внеш R I .