Образование электронно-дырочного перехода

§ 152. ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА

Рассмотрим процесс, который происходит в месте соприкоснове­ния полупроводника, обладающего электронной n-проводимостью, с полупроводником, обладающим р-проводимостью.

Такая пара полупроводников образует полупроводниковый диод. В нем часть поверхностных электронов из области n-проводимости проникает в поверхностный слой р-проводимости. Вследствие умень­шения количества электронов на границе контакта в полупровод­нике с n-проводимостью появится положительный заряд (рис.209). Поле образовавшегося положительного заряда отталкивает поло­жительные заряды (дырки) полупроводника с р-проводимостью, и они перемещаются от границы соприкосновения в глубь полупро­водника

 Одновременно с переходом электронов из области n  в область р часть положительных зарядов (дырок) по аналогии перейдет из полупроводника с р-проводимостью в полупроводник с n-проводимостью. Вследствие уменьшения количества положительных заря­дов на границе контакта в полупроводнике с р-проводимостью по­явится   отрицательный  электрический  заряд.  Поле  этого  заряда

будет отталкивать отрицательные заряды (электроны) полупровод­ника с n-проводимостью и они переместятся от границы соприкосно­вения в глубь проводника.

Таким образом, на границе двух полупроводников образуется слой, обедненный носителями зарядов (электронами и дырками), который обладает повышенным сопротивлением. Этот слой принято

называть  р — n-переходом   или  электронно-дырочным   переходом. Р — n-переход практически составляет доли микрона.

Предположим, что к рассмотренным полупроводникам подклю­чен источник электрической энергии так, что к области р-проводимости присоединен отрицательный полюс источника, а к области n-проводимости —положительный полюс (рис. 210,а). В этом слу­чае под влиянием поля внешнего напряжения электроны и дырки будут в большом количестве соответственно отталкиваться в глубь

полупроводников. Р — n-переход увеличится, его сопротивление возрастет и в цепи полупроводникового диода электрического тока практически не будет. Однако незначительному количеству неосновных носителей зарядов (положительных) из n-области и (отрицательных) из р-области, имеющих большие скорости, удастся проскочить р — n-переход и в цепи будет протекать весьма неболь­шой ток, называемый обратным током.

Изменим полярность источника электрической энергии, подклю­ченного к диоду (рис. 210, б). Теперь электроны «-области и дырки

р-области будут взаимно притяги­ваться и перемещаться к границе этих полупроводников. Р — n-пере­ход сужается, его сопротивление рез­ко уменьшается и создаются условия для перехода большого количества электронов из «-области в р-область, а следовательно, для перехода ды­рок в противоположном направле­нии. При таком включении полупро­водникового диода в цепи появится значительный электрический ток, но­сящий название прямого тока.

Сила прямого тока в полупровод­никах зависит от величины прило­женного к ним напряжения.

Из описания процесса, происходящего на границе двух полупро­водников с различной по знаку проводимостью, следует, что они обладают, как и электронная лампа — диод, односторонней прово­димостью. Это значит, что при одном направлении электрического поля, создаваемого приложенным к полупроводникам прямым на­пряжением, диод пропускает ток и сопротивление его мало, а при обратном направлении этого поля, создаваемого приложенным к полупроводникам обратным напряжением, сопротивление диода велико, а ток в его цепи весьма мал.

На рис. 211 показана типичная характеристика германиевого диода. Для большей наглядности кривая прямого тока (правая часть графика) и кривая обратного тока (левая часть графика) построены в различных масштабах.

Из графика видно, что при напряжении 1 в на зажимах герма­ниевого диода в его цепи проходит большой ток, зато при напря­жении даже минус 10, 20, 30 и 40 в диод практически не пропускает

тока.

Это свойство полупроводниковых диодов используется для вы­прямления переменного тока в постоянный.