• Главная
  • p–n переход и его электрические свойства

p–n переход и его электрические свойства

Полупроводниковые приборы благодаря их свойствам активно используются в современных электронных устройствах, в частности, в солнечных батареях и фотоэлементах. Особую роль играет способность создавать полезный ток под воздействием солнечного света или при изменении физических характеристик окружающей среды. В микроэлектронике используют примесные полупроводники.

Согласно теории полупроводников, примесные полупроводники формируются путём добавления небольшого количества примесей.В зависимости от типа примеси получают полупроводник:

В первом типе устройств основными носителями заряда являются электроны. Их большое количество появляется путём добавления в кристаллы чистых полупроводников (германия или кремния) примеси с пятью электронами во внешней оболочке (например, фосфор или сурьму). Это повышает проводимость.

В дырочном типе полупроводников основными носителями заряда являются положительные ионы, которые формируются добавлением трёхвалентной примеси к кристаллу чистого полупроводника, например, к кремнию добавляют бор, алюминий или барий. Три из четырёх электронов с внешней оболочки кремния образуют ковалентную связь с бором, оставляя пустое пространство (дырку). Когда температура полупроводника поднимается, электрон из ковалентной связи перескакивает в дырку, чтобы заполнить пустое пространство, оставляя дырку позади. Таким образом, главными частицами, переносящими заряд, становятся положительно заряженные дырки.

В электронике наиболее широко используется сочетание в одном полупроводнике зон дырочной и электронной проводимости, образующих плоскостные и точечные p-n переходы.

P-n переход — граница между двумя типами полупроводниковых кристаллов, соединённых в одном полупроводниковом приборе.

Такие переходы являются элементарными «строительными блоками» большинства полупроводниковых устройств:

Когда разные типы полупроводниковых кристаллов контактируют, свободные электроны из полупроводника n-типа мигрируют в него за счёт диффузии и вступают во взаимодействие с дырками (их суммарный заряд становится равен нулю). Но часть электронов не компенсируется положительным зарядом, образуя отрицательно заряженный слой на границе p-области.

Очевидно, что этот слой вызовет движение свободных электронов в n-области, которые будут отталкиваться под действием кулоновских сил и оставлять на своих местах положительный заряд. На границе n-области появится слой, заряженный положительно.

Эти два слоя будут вести себя как потенциальный барьер (запирающий слой), который называют p-n переходом.

Если p-n переход поместить во внешнее электрической поле (подключить источник тока), то поле будет влиять на сопротивление потенциального барьера:

Можно сделать вывод, что устройство с p-n переходом пропускает ток только в одном направлении.