Краткая теория. Электронно-дырочный переход ( - переход) – это область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от дырочной « » к

Электронно-дырочный переход ( - переход) – это область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от дырочной «» к электронной «».

Рассмотрим контакт двух полупроводников с различным типом проводимости. Так как концентрация основных носителей тока в полупроводниках различна, то сразу после возникновения контакта начинается диффузия основных носителей тока: электронов из «» - области в «» область и дырок в обратном направлении. Ввиду того, что донорные и акцепторные атомы неподвижны, в области электронно-дырочного перехода образуется двойной слой пространственного заряда – отрицательного в - области и положительного в - области (рис. 7.1). Таким образом, создается двойной электрический слой ( - переход), толщина которого превышает длину свободного пробега электронов и дырок. Поэтому контактная область имеет большое сопротивление.

Возникающее при этом контактное электрическое поле препятствует дальнейшей диффузии основных носителей тока. Этот двойной слой является для основных носителей тока потенциальным барьером высотой несколько десятых долей вольта. Этот барьер электроны и дырки могут преодолеть только при очень высокой температуре, порядка тысячи градусов, поэтому контактный слой является для основных носителей тока запирающим слоем, имеющим повышенное сопротивление.

В то же время для не основных носителей тока этот слой не является барьером и поэтому, через контакт идет процесс диффузии не основных носителей тока. В условиях теплового равновесия при отсутствии электрического поля полный ток через - переход равен нулю, т.е. .

Действие внешнего электрического поля существенным образом влияет на сопротивление запирающего слоя, изменяет высоту барьера и нарушает равновесие потоков носителей тока через барьер.

Если - область подключить к положительному полюсу источника, а - область к отрицательному полюсу, то под действием внешнего электрического поля основные носители тока будут перемещаться к границе раздела полупроводников.

При таком прямом направлении тока в полупроводнике толщина запирающего слоя будет непрерывно уменьшаться (рис.7.2). Граница - перехода не будет представлять сопротивления для тока, вызываемого внешним напряжением. Это напряжение нужно только для того, чтобы поддерживать встречное движение электронов и дырок.

Так как положительный потенциал приложен к - области, то потенциальный барьер понижается. С ростом приложенного напряжения экспоненциально возрастает число основных носителей тока, способных преодолеть потенциальный барьер. В результате сила тока через - переход экспоненциально возрастает и определяется выражением:

, 1.7

где - константа, зависящая от концентрации примеси и диффузионных свойств - перехода, называемая током насыщения.

Из уравнения 1.7 следует, что при комнатных температурах уже при небольших значениях напряжения для прямого включения - перехода и уравнение 1.7 можно записать в виде:

. 2.7

Таким образом, прямой ток возрастает экспоненциально с возрастанием напряжения приложенного к - переходу.

Приложение отрицательного потенциала к - области и положительного к - области (обратное смещение) приводит к повышению потенциального барьера и увеличению сопротивления - перехода. Диффузия основных носителей тока через переход становится пренебрежительно малой (). В то же время, поток не основных носителей тока не изменяется, т.е. . В результате того, что концентрация не основных носителей тока очень мала, ток через - переход при обратном напряжении имеет ничтожную величину по сравнению с прямым током. При больших отрицательных напряжениях , и, поэтому обратный ток, согласно формуле 1.7, стремится к насыщению, т.е. .

Таким образом, зависимость тока через электронно-дырочный переход от приложенного напряжения (вольт-амперная характеристика) обладает ярко выраженной нелинейностью (рис.7.4).

При изменении знака напряжения значение тока , протекающего через - переход может изменяться в раз. Благодаря этому - переход является вентильным устройством пригодным для выпрямления переменного тока (полупроводниковый диод).

Электронно-дырочный переход – основа различного рода полупроводниковых приборов: транзисторов, тиристоров, варисторов и т.д.