P-n-өткелі(ауысуы). Тепе-теңдік күйі. Потенциалдық тосқауыл.

P-n ауысуына тура кернеу бергенімізде негізгі емес заряд тасушылардың интенсивті түрде инжекциялануы байқалады (p – облысқа электрондар, n - облысқа кемтіктер). Осы инжекциялану кезінде рекомбинация құбылысы бір жүріп, заряд компенсацияланады. Осы процесте энергия босан шығады. Көпшілік жартылай өткізгіштерде ол энергия кристадық торға беріледі де, жылуға айналын келеді. Бірақ кремний карбиді, галлий, мышьяк негізінде жасалған жартылай өткізгіштерде рекомбинациялану энергиясы фотон түрінде ұшін шығады. Сондықтан мұндай жартылай өткізгіштердің p-n ауысуынаң тура ток өткенде спектрлік құрамы бірыңғай жарық шығарады. Осының негізінде жарық диодтары жасалады, оларды кейде люминесценттік диодтар деп те атайды.

Әр типтегі екі жартылай өткізгіш контактысын электронды-кемтіктік ауысу немесе р-п ауысуы деп аталады.
Электрондық және кемтіктік жартылай өткізгіштерді бір-бірімен түйістіргенде, олардың бірінен-біріне интенсивті түрде заряд тасушылар өте бастайды. Электрондар концентрациясы р -типтегі жартылай өткізгіштердегіге қарағанда n -типтегі жартылай өткізгіштерде көп те, ал кемтіктер концентрациясы р -типтегі жартылай өткізгіште көп. Концентрацияларының бірдей болмауына байланысты диффузия нәтижесінде электрондар р -типтегі жартылай өткізгішке қарай өтеді де, ал кемтіктер n -типтегі жартылай өткізгішке өтеді. Осыған байланысты n -типтегі жартылай өткізгіштің контактыға жақын қабаттарында компенсацияланбаған оң зарядты донорлық қоспа иондары, ал р -типтегі жартылай өткізгіш қабаттарында теріс зарядты акцепторлық қоспа иондары пайда болады. Оң зарядталған n -типтегі жартылай өткізгіштің барлық энергетикалық деңгейлері төмендейді де, теріс денгейлері жоғарлайды. Екі жартылай өткізгіш арасындағы U_k контактылық потенциалдар айырымының өсуі Ферми деңгейлері теңескенде барып тоқтайды (шамамен 10^-9 с кейін) және eU_k=χ_ор-χ_оn болады.

Контакт аймағында негізгі заряд тасушылар азаяды да, негізінен тек қозғалмайтын қоспа иондары ғана қалады. Сондықтан енінің аз болуына қарамастан (10^-6¸10^-8 м) р-п ауысуы, кедергісі жартылай өткізгіштердің басқа бөліктеріндегі кедергіден әлдеқайда көп болады. Пайда болған контактылық потенциалдар айырымының, өріс кернеулігі шамамен 10^-5¸10⁶ В/м.
1 суретте р-п ауысуы () пайда болған жерде заряд тасушылар диффузиясына кедергі жасайтын потенциалдық тосқауыл да пайда болады. Потенциалдық тосқауылдың биіктігі контактылық потенциалдар айырымына тең де, әдетте ол вольттің бірнеше ондық бөлігіндей ғана.

1сурет
Егер d_n=d_p болас онда ауысу симметриялы деп, ал d_n=d_p жағдайда – симметриялы емес деп аталады. Сыртқы элекрт өрісі болмаған жағдайда p-n ауысуы арқылы өтетін қосынды ток нөлге тең, ал ол – негізгі және негізгі емес заряд тасушылардың қарама-қасы ағындары өзара теңеседі деген сөз.
Сыртқы электр өрісінің көмегімен негізгі емес заряд тасушыны p-n ауысуы арөылы өткізіпалуды заряд тасушыларды экстрациялау деп атайды. Эксстракция сөзі «шығарып алу», «суыру» деген мағына береді.
Сыртқы өрістің көмегімен p-n ауысуындағы потенциалдық тосқауылды төмендетіп, негізгі заряд тасушыны ол негізгі емес тасушы болатын аймаққа өткізуді заряд тасушыларды инжекциялау деп атайды. Инжекция деген сөз «ендіру» деген мағына береді.
Термогенерация – жылу энергиясының-температураның әсерінен электрон-кемтіктік жұптардың пайда болу үдерісі.
Рекомбинация - термогенерацияға кері үдеріс, өткізгіштік зонадан электрондардың бос валенттік деңгейлеріне ауысуы.

Потенциалдық тосқауыл — бөлшектердің кез келген түрі үшін жоғары потенциалдық энергиясы бар шектелген ұзындықтағы аймақ. Квантты- механикалық эффектілерді ескермегенде (мысалы, туннелдік эффект), Потенциалдық тосқауылды энергиясы оның биіктігінен асатын бөлшектер ғана басып өте алады.Электрондар үшін потенциалдық тосқауыл өткізгіштігі әр түрлі орталардың шекарасында пайда болады. Әр түрлі өткізгіштердің түйіспесі үшін және шалаөткізгіштегі электронды-кемтіктік өткел үшін потенциалдық тосқауыл осы түйіспе жасалған материалдардың шығу жұмыстарының айырымына сәйкес келіп, электрон заряды мен түйіспелік потенциалдар айырымының көбейтіндісі тең болады.

Тепе-теңдіктің үш түрі бар: орнықты, орнықсыз және талғаусыз тепе-теңдік.

Егер дене тепе-теңдік күйде тұрса, онда оған әсер етуші күштер мен күш моменттерінің қосындысы 0-ге тең болады.

Денені тепе-теңдік күйінен шығарып жібергеннен кейін, оны бұрынғы күйіне қайта келтіруге тырысатын күш пен күш моменті табылатын болса, ондай күйді орнықты тепе-теңдік деп атайды. Мысалы, ойыс бетке қойылған шар орнықты тепе-теңдікте болады. Денені тепе-теңдік күйінен шығарғаннан кейін, күш немесе күштер моменті пайда болып, олар денені тепе-теңдік күйінен алыстататын болса, онда ол күйді орнықсыз тепе-теңдік деп атайды. Мысал ретінде дөңес бетке қойылған шарды алуға болады.

Егер денені тепе-теңдік күйінен шығарғанда, оның күйінде ешқандай өзгеріс болмаса, онда оны талғаусыз тепе-теңдік деп атайды. Тегіс бетте жатқан шар бұан мысал бола алады, егер шарды тұрған орнынан жылжытып жіберсе, онда ол екінші орынға барып тоқтайды. Оны бұрынғы орнына қайта апаратын күш пайда болмайды.