Короткі теоретичні відомості. Тонкий шар напівпровідника, в якому має місце просторова зміна типу провідності від електронної до діркової

Тонкий шар напівпровідника, в якому має місце просторова зміна типу провідності від електронної до діркової, називається електронно-дірковим або p-n- переходом. Елект­ро­провідність p-n- переходу за­ле­жить від напрямку струму: в одному напрямку (прямому) вона ве­лика, в іншому (зво­ротному) – мала.

Розглянемо p-n- перехід за відсутності зовнішнього по­ля. Вільні електрони дифундують із n- області в p- область, де їх кон­центрація набага­то менша і там рекомбінують з дірками. В ре­зуль­та­ті цього в p- облас­ті зали­шають­ся негативно заряджені ак­цеп­торні атоми, в n- області – по­зи­­тивно заряд­жені донорні ато­ми. Ос­кіль­ки акцепторні та до­норні атоми нерухомі, на межі p-n- переходу виникає подвійний шар просторового електричного заряду (мал. 4.54), який нази­вають запираючим ша­ром. Він ство­­рює контактне елект­рич­не по­­ле Е_к, яке протидіє подальшій дифузії ос­нов­них носі­їв. Різниця потенціалів, якою характери­зу­єть­­ся контактне поле, має вели­чи­ну кілька десятків мілівольт, її називають кон­такт­ною різницею потенціалів або висотою потенці­аль­ного бар’єра. В умовах тепло­вої рівноваги і при відсутності зовнішнього елект­ричного поля струм через p-n- перехід дорівнює нулю: існує дина­мічна рівновага між струмом неосновних і основ­них носіїв.

Зовнішнє електричне поле змінює висоту бар’єра і порушує рівновагу потоків основних та неосновних носіїв. Якщо зовніш­нє електричне поле має напря­мок, протилеж­ний до контакт­ного Е_к, то висота потенці­аль­но­го бар’єра зменшується (мал. 4.55). Через кон­такт йтиме струм, вели­чи­на якого залежить від величи­ни зовніш­нього поля Е ₀. Цей на­прям називається прямим або пропускним.

Якщо напрямок зовнішнього елек­тричного поля Е ₀ збі­га­єть­ся з на­прямком Е_к, то модулі їхніх на­пру­­же­­ностей додаються, що й при­водить до збіль­шення кон­такт­ної різ­ниці потен­ціалів. За ці­єї умови струм основних носіїв через контакт буде дорівнюватиме нулю. Такий напрямок поля і відповідний спосіб підклю­чення на­зи­вають зворот­ним.

На мал. 4.56 показана залеж­ність сили струму від напруги. Кри­вій ОА відповідає прямий струм, а кривій ОВ – незначний обернений струм, що обумовлений рухом не­ос­новних носіїв електричного заряду.

Як видно з графіка, сила пря­­мого струму залежить від напруги – вона збільшується із збіль­шенням напруги. Сила зво­рот­ного струму від напруги практично не залежить. Вона визна­чається кількістю неоснов­них носіїв, які виникають за оди­ни­цю часу. А ця кількість незмінна при фіксованих зовніш­­ніх умовах (температура, освітленість тощо). Умовне зображення напівпровідникового діода показано на мал. 4.57.

Якість напівпровідникового діода оцінюється коефіцієнтом ви­­прямлення k, який дорівнює відношенню сили прямого струму до зво­­ротного, виміряних при однаковій напрузі (ç U_пр ç = ç U_зв ç) k = I_пр/I_зв.

При роботі з діодом необхідно враховувати значення найбіль­шої зворотної напруги, яка може бути прикладена до діода без порушення його нормальної роботи.