Контактные явления в электронно-дырочном переходе

Контактные явления в полупроводниковом электронно-дырочном переходе возникают вокруг гра­ницы раздела контактного электрического поля. Воздействие его на поверхностные слои полупроводника аналогично воздействию некоторого внешнего электрического поля.

Если одна область полупроводника обладает электронной про­водимостью, а другая - дырочной, то границу между этими обла­стями называют электронно-дырочным переходом (р-n-переходом) (рис. 26).

Рис.26. p - n -переход

 

Получить р-n-переход при механическом соприкосновении полупроводников с различным типом проводимости невозмож­но. Для получения р-n-перехода одну часть полупроводника ле­гируют донорной, а другую - акцепторной примесью. В результа­те одна часть полупроводника обладает электронной электропро­водностью, а другая - дырочной. При соприкосновении электро­ны диффундируют в р-область, где велика концентрация дырок, и рекомбинируют с дырками.

Аналогично дырки диффундируют в n-область, где велика концентрация электронов. В результате этого у границы раздела n-области остаются нескомпенсированные ионы донорной примеси, которые создают объемный положительный заряд. У границы раздела p-области нескомпенсированные ионы акцепторов создают объемный отрицательный заряд. Таким об­разом, в области раздела полупроводников n-типа и p-типа обра­зуется зона, содержащая свободные носители заряда. Эта область составляет толщину р-n-перехода. При этом образовавшийся по­ложительный объемный заряд нескомпенсированных ионов до­норной примеси препятствует дальнейшей диффузии дырок из p-области в n-область.

Отрицательный объемный заряд ионов акцепторной примеси препятствует диффузии электронов в р-область. Таким образом нескомпенсированные ионы примеси создают на границе раздела потенциальный барьер для основных носителей заряда. Для преодоления этого барьера основные носители должны обладать дос­таточной кинетической энергией W (рис. 26). С помощью приложения внешне­го поля высоту потенциального барьера можно увеличивать или уменьшать, меняя полярность.

С электрическим полем E можно связать потенциальную энергию дырки и электрона в областях. Получается, что дырка для перехода из p-области в n-область должна "забраться" на потенциальный порог высоты W (рис. 26). На аналогичный порог должен "забраться" электрон для перехода из n-области в p-область. Вероятность такого прохода пропорциональна множителю Больцмана:

.

Рассмотренные переходы основных носителей сформируют плотность тока основных носителей через p-n переход:

.

В состоянии равновесия этот ток будет компенсироваться током неосновных носителей, формируемым неосновными носителями - дырками n-области и электронами p-области. Однако этих носителей очень мало, и ток неосновных носителей лимитируется именно их числом, хотя поле E "содействует" этому току.