Образование p-n-перехода (электронно-дырочный перехода)

Полупроводники мо­гут иметь собственную или примесную про­водимость. Примесную проводимость обоих типов можно создать в одном и том же полупроводниковом веществе. Если, напри­мер, к четырехвалентному силицию ввести пятивалентную примесь, то получим полу­проводник с проводимостью n-типа (основ­ными носителями заряда являются элект­роны). Если же ввести трехвалентную при­месь, то получим полупроводник с прово­димостью p-типа (основными носителями заряда являются дырки).

Чтобы получить электронно-дырочный переход (p-n-переход), нужно в одном и том же кристалле полупроводника образовать то­ненькую границу полупроводника с разными типами проводимости. Проще всего это можно сделать так называемым сплавным методом (рис. 8.16). Здесь показана струк­тура германиевого диода.

Рис. 8.16. Образование p-n-перехода

В качестве основы берут пластинку из монокристалла германия, который имеет про­водимость n-типа. Сверху кладут кусочек трехвалентной примеси, например индия, и нагревают до 450—500 °C.

При этом германий и индий сплавля­ются и после охлаждения получается p-n-переход. Тонкий слой германия обогащается индием, вследствие чего получается про­водимость p-типа. Этот слой в месте кон­такта с германием n-типа образует элект­ронно-дырочный переход (p-n-переход).

К индию и к германию оловом припаи­вают контакты, например из никеля, и диод помешают в металлический или стек­лянный корпус.

Рассмотрим полупроводник, который со­стоит из двух частей, одна из которых имеет проводимость p-типа, а другая — n-типа (рис. 8.17, а).

Рис. 8.17. Как образуется p-n-переход

В p-части основными носителями заряда являются дырки, а в n-части — свободные электроны. Обе части до образования кон­такта между ними были электрически нейт­ральными. При образовании контакта вслед­ствие диффузии небольшое количество сво­бодных электронов из n-части перейдет в p-часть, где есть дырки, и часть из них нейтрализует возле контакта. Дырки, в свою очередь, будут диффундировать из p-части в n-часть, где будут рекомбинировать со сво­бодными электронами.

Таким образом, концентрация свободных электронов и дырок в месте контакта очень уменьшается, поэтому сопротивление этой части полупроводника большое.

Кроме того, n-часть возле контакта с p-частью зарядится положительно, поскольку, во-первых, она утратила часть своих сво­бодных электронов, а во-вторых, к ней пе­решла часть дырок из p-части. В свою оче­редь, p-часть зарядится отрицательно. Элект­рическое поле, которое при этом возникает, препятствует дальнейшей диффузии элект­ронов и дырок (рис. 8.17, б). Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 8.18. Как p-n-переход проводит ток

Таким образом, на границе полупровод­ников с разными типами проводимости воз­никает p-n-переход (рис. 8.17, б). Этот пе­реход имеет большое сопротивление, так как очень обедненный на свободные но­сители заряда. И вдобавок в пределах кон­такта возникает электрическое поле, пре­пятствующее дальнейшей диффузии свобод­ных основных носителей заряда.

Если p-n-переход подключить в элект­рическую цепь так, как показано на рис. 8.18, а (p-часть соединить с положительным полюсом источника тока, а n-часть — с от­рицательной), то под действием внешнего электрического поля свободные носители за­ряда будут двигаться к p-n-переходу, концен­трация их на переходе будет возрастать и че­рез переход пойдет значительной силы ток.

Если полярность включения перехода из­менить (рис. 8.18, б), то ширина перехода возрастет, поскольку свободные носители заряда под действием внешнего электричес­кого поля будут двигаться от перехода. Сопро­тивление перехода значительно возрастает, и сила тока в цепи будет незначительной.

На этой странице материал по темам:

• Как образуется p-n переход

• Физика p-n перехода

• Закон фарадея і формула

Вопросы по этому материалу:

• Как получается электронно-дырочный p-n-переход?

• Что про­исходит в p-n-переходе, если к нему приложить напряжение в определенном направлении? в противоположном?