Рис. 7.4. Уровень Ферми в полупроводниках:

я - до контакта в полунроводмигсе i-типа; б - ДО контакта и полупроводнике р-пша; й - после контакта.

---W,

mm 6

обладать электроны в этой зоне, ниже, чем в зоне проводимости р-области. Чтобы перейти в зону проводимости полупроводника р-типа,электрону полупроводника «-типа необходимо соверцгнть работу е(р„. Такую же работу должны выполнить дырки для перехода из валентной зоны полупроводника р-типа в валентную зону полупроводника «-типа,

Высота потенциального барьера в р - п-переходе определяется положением уровня Ферми в п- и р-областях, т. е. концентрацией примесей Лд и Ла-

В электронном полупроводнике с высоким содержанием примесей при их концентрации порядка 10 см"" уровень Ферми располагается очень близко ко дну siiHbT проводимости. В дырочном полупроводнике при тех же условиях уровень Ферми будет лежать вблизи потолка валентной зоны. В предельном случае получим разность потенциалов порядка ширины запрещешюй зоны.

Уменьшение концентрйции примесей в любой из областей, наоборот, смещает уровень Ферми к середине запрещенной зоны. При этом высота потенциального барьера мел\ду п- и р-областями снижается.

7.3. СВОЙСТВА р-п -ПЕРЕХОДА ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

При нарушении равновесия электронно-дырочного перехода внешним электрическим полем через него начинает протекать ток. Характер токопрохождения и величина тока оказываются различными в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Вначале рассмотрим случай, когда внешнее напряжение противоположно по знаку контактной разности потенциалов (рис. 7.5, а). В этом случае источник включается так, что поле, создаваемое внешним напряжением в /7-/г-переходе, направлено навстречу собственному полю р-/г-перехода. Такое включение называют прямым. Оно приводит к снижению высоты потенциального барьера. Основные носители заряда получают возможность приблизиться к контакту, скомпенсировав заряд примесей. Поэтому ширина р-п-перехода уменьшится, Пз рис. 7.5, 6 видно, что для этого случая уровень Ферми в п-области поднимается, а в р-области опускается. Часть основных носителей, имеющих наибольшие значения энергии, сможет преодолеть сравнительно узкий и невысокий потенциальный барьер и перейти через границу,

Рис. 7.5. прямое вк;!ючспие р - п-перехода:

а - схема подключения источника: б - Энергетическая дна-грамма.

разделяющую полупроводники п- и р-типа. Это приводит к нарушению равновесия между дрейфовым и ди))узионным токами. Диффузионная составляющая тока становится больше дрейфовой, и результирующий прямой ток через переход оказывается отличным от нуля:

/лр>0.

(7.2)

По мере увеличения внешнего прямого напряжения прямой ток через переход может возрасти до весьма больших значений, так как он обусловлен главным образом движением основных носителей, концентрация которых в обеих областях велика.

Нетрудно заметить, что преодолевшие

потенциальный Рис. 7.6. Распределение

барьер носители заря- токов, обусловленных ин-

да попадают в область "" Р--полупроводника, для которой они являются неосновными.

п ©

Wf - Wg

о 0 %

рис. 7.7, Обратное включение р - «-перехода;

а - схема; О - энергетиче-ПрОцесС введения екая диаграмма.

носителей заряда через электронно-дырочный переход при понижении высоты потенциального барьера в область полупроводника, где эти носители заряда являются неосновными, называется инжекцией (от английского слова itijeci - впрыскивать, вводить).

Инжектированные носители диффундируют в глубь соответствующей области полупроводника, рекомбииируя с основными носителями этой области. Так, например, по мере проникновения дырок из области р в область п они рекомбинируют с электронами, в результате чего диффузионный дырочный ток /рф в области п постепенно спадает до нуля. Однако это вовсе не означает, что ток в цепи прекращается. Под действием внешнего электрического поля поступающие от источника в область п электроны продвигаются к переходу, создавая электронный ток In- По мере приближения к переходу этот ток вследствие рекомбинации с дырками падает до нуля. Суммарный же ток в «-области / = /, -f /„ во всех точках полупроводника «-типа остается неизменным (рис. 7.6).

Одновременно с инжекцией дырок в «-область происходит инжек-ция электронов в р-область. Протекающие при этом процессы аналогичны.

Рассмотрим теперь свойства р-«-перехода, к которому подведено обратное внешнее напряжение (рис. 7.7, а). При этом электрическое поле, создаваемое источником, совпадает с полем р-п-перехода. Потенциальный барьер между р- и «-областью возрастает. Он теперь становится равным (р -f и. Количество основных носителей, способных

преодолеть действие результирующего поля, уменьшается. Соответственно уменьшается и ток диффузии основных носителей заряда. Под действием электрического поля, создаваемого внешним источником, основные носители будут оттягиваться от приконтактных слоев в глубь полупроводника. В результате ширина р-п-перехода увеличивается (рис. 7.7, б).

Для неосновных носителей (дырок в п-сбласти и электронов в р-области) потенциальный барьер в электронно-дырочном переходе отсутствует и они будут втягиваться полем в области р-п-нерехода. Это явление называется экстракцией.

При обратном включении преобладающую роль играет дрейфовый ток, который имеет небольшую величину, так как он создается движением неосновных носителей. Этот ток получил название обратного тока:

Величина обратного тока практически не зависит от внешнего обратного напряжения. Это можно объяснить тем, что в единицу времени количество генерируемых пар электрон - дырка при неизменной температуре остается неизменным.

7.4. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА /7-я-ПЕРЕХОДА

Свойства электронно-дырочного перехода наглядно иллюстрируются его вольт-амперной характеристикой (рис. 7.8, а), показывающей зависимость тока через р - п-переход от величины и полярности

Рис. 7,8. Характеристики р - «-перехода;

а - вольт-амперная; 6 - характеристика сопротивления.

приложенного напряжения. Аналитическим выражением вольт-амперной характеристики р - п-перехода является формула

1= /л

ехр

= /о(е

(7.4)

где /о - обратный ток насыщения р-п-перехода, определяемый физическими свойствами полупроводникового материала; W-напря-