Примеснойназывается проводимость, обусловленная присутствием в полупроводнике примесей какого-либо типа

Большая часть полупроводниковых приборов работает на основе электронно-дырочного перехода, который представляет собой границу между двумя областями полупроводника, одна из которых p – типа, а другая n – типа. Создание такого перехода осуществляется, например, диффузионным способом или путем ионной имплантации (ионной бомбардировкой поверхности полупроводника с последующим высокотемпературным отжигом).

В p - области перехода основными носителями являются дырки, а неосновными - электроны. В n – области, наоборот, основными носителями являются электроны, а неосновными - дырки. Следовательно, в каждой области концентрация основных носителей много больше концентрации неосновных носителей заряда и в области контакта полупроводников с различным типом проводимости существует градиент концентрации электронов и дырок, вызывающий их диффузию через пограничный слой во встречных направлениях.

В результате ухода электронов и дырок из атомов в приконтактных областях возникает область положительно и отрицательно заряженных ионов (доноров и акцепторов) – двойной запирающий слой. Этот слой обладает большим сопротивлением, так как в нем отсутствуют свободные носители заряда. Сами электроны и дырки, перейдя в соседние области p-n перехода, рекомбинируют (нейтрализуются) там с основными носителями. Таким образом, на границе двух полупроводников появляется контактное поле напряженностью E_k (рис. 4).

Направление контактного поля таково, что оно препятствует дальнейшему переходу через двойной слой основных носителей с той и другой стороны p-n перехода и, наоборот, способствует переносу неосновных носителей.

Если на p - полупроводник подать положительный потенциал, а на n - полупроводник - отрицательный, то двойной слой обогатится основными носителями заряда и его сопротивление снизится (прямое смещение p-n перехода). Если на p - область подать отрицательный потенциал, а на n - область - положительный, то основные носители заряда будут оттягиваться от области двойного электрического слоя, ширина его увеличится и сопротивление возрастет (обратное смещение перехода). Ток через p-n переход будет мал и обусловлен движением неосновных носителей заряда, концентрация которых незначительна. Такой ток называют обратным или тепловым. Таким образом, сопротивление p-n перехода при одном направлении тока больше, чем при другом, следовательно, p-n переход хорошо пропускает ток только в одном направлении (обладает выпрямляющими свойствами). Эти свойства легли в основу работы полупроводникового диода - полупроводникового прибора с одним p-n переходом и двумя выводами. Электронно-дырочный переход нельзя получить, наложив одну на другую пластины, изготовленные из полупроводников с различной примесной проводимостью, так как между пластинами неизбежно наличие поверхностных пленок или очень тонкого слоя воздуха. Такой переход создается лишь посредством образования областей с различными электропроводностями в одной пластине полупроводника методом вплавления.

Важнейшее значение в теории полупроводниковых приборов представляет аналитическая зависимость между напряжением, приложенным к p-n переходу и возникающим при этом током. Такая зависимость называется вольт-амперной характеристикой p-n перехода (диода) и описывается уравнением:

(1)

где - тепловой ток p-n перехода,

- приложенное к переходу напряжение (учитывает знак)

- температурный потенциал, определяемый по формуле:

(2)

где - постоянная Больцмана,

- абсолютная температура среды

е - заряд электрона.

Анализ выражения (1) для комнатных температур ( 300 К, В) показывает следующее. При прямых напряжениях, превышающих 0, 1 В, можно пренебречь единицей по сравнению с экспоненциальной составляющей, а при отрицательных напряжениях В, наоборот, значение экспоненциальной составляющей становится пренебрежимо малым по сравнению с единицей. Следовательно, график роста прямого тока через полупроводниковый диод с увеличением прямого напряжения представляет собой экспоненциальную кривую. При обратном включении ток через диод становится очень малым, определяется только тепловым током и не зависит от напряжения. Таким образом, величина и направление тока, протекающего через p-n переход (диод), зависят от величины и знака приложенного к переходу напряжения.

На рис. 5 приведена вольт-амперная характеристика идеального полупроводникового диода. Для реальных диодов вольт-амперная характеристика может иметь несколько иной, но похожий вид.

При прямом токе характеристика имеет вид круто восходящей ветви. На участке 1 и прямой ток мал. На участке 2 запирающий слой отсутствует, ток определяется только сопротивлением полупроводника. В обратном направлении ток быстро достигает насыщения и не изменяется до некоторого предельного обратного напряжения U_пр, после чего резко возрастает. На участке 3 запирающий слой препятствует движению основных носителей, а небольшой ток определяется движением неосновных носителей заряда. При напряжении, большем предельного (U_пр), наступает пробой p-n перехода и обратный ток I_обр быстро растет (участок 4). Напряжение U_пр еще называют напряжением пробоя или пробойным напряжением диода. Напряжение пробоя диода – это одна из характеристик, определяющих его режим работы. При использовании диодов в выпрямительных устройствах работа при обратных напряжениях, близких к U_пр, не допускается, так как может привести к выводу диода из строя. В этом случае p-n переход «выгорает» и диод становится проводником, одинаково хорошо пропускающим ток в обоих направлениях.