§ 37-1. Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод

Электронно-дырочный переход. Рассмотрим полупроводник, одна часть которого содержит донорную примесь и поэтому является полупроводником n-типа, а вторая — акцепторную примесь и является полупроводником p-типа. В зоне контакта образуется тонкий слой, который называют электронно-дырочным переходом или n–p-переходом. Концентрация свободных электронов в n-области значительно выше, чем в p-области, соответственно концентрация дырок в p-области значительно больше их концентрации в n-области. Из-за того, что через границу раздела происходит диффузия электронов из n- в p-область и диффузия дырок из p- в n-область, на границе n- и p-областей появляется электрическое поле. Оно препятствует дальнейшему переходу основных носителей заряда через границу раздела. Иными словами, в зоне перехода между полупроводниками n- и p-типов образуется запирающий слой (рис. 227.1, а).

Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампочки и полупроводника с n–p-переходом. При этом положительный полюс источника тока подключим к p-области, а отрицательный — к n-области (рис. 227.1, б).

При замыкании цепи лампочка светится. Вывод очевиден: в цепи проходит электрический ток.

Объясним наблюдаемое явление. Под действием электрического поля, созданного источником тока, запирающий слой начнёт исчезать, так как напряжённость внешнего электрического поля источника противоположна по направлению напряжённости поля запирающего слоя и может практически полностью скомпенсировать её. Это приводит к возобновлению диффузии основных носителей заряда через n–p-переход: из области n в область p — электронов, а из области p в область n — дырок. При этом толщина n–p-перехода уменьшается, следовательно, уменьшается его сопротивление (рис. 227.1, в). В этом случае n–p-переход включён в прямом (пропускном) направлении.

А теперь подключим положительный полюс источника тока к n-области, а отрицательный — к p-области (рис. 227.1, г). При замыкании цепи лампочка не светится, т. е. электрического тока в цепи нет.

Причина в том, что толщина запирающего слоя и, следовательно, его сопротивление увеличиваются, так как направление напряжённости электрического поля, созданного источником, совпадает с направлением напряжённости поля запирающего слоя. В этом случае n–p-переход включён в обратном (запирающем) направлении и ток через n–p-переход практически отсутствует (если не учитывать ток, созданный неосновными носителями заряда, концентрация которых мала по сравнению с концентрацией основных носителей).

Таким образом, n–p-переход в полупроводнике обладает односторонней проводимостью. На рисунке 227.2 представлена вольт-амперная характеристика прямого перехода — участок ОВ и обратного перехода — участок ОА.