Свойства несимметричного p-n-перехода.

Пусть концентрация дырок в области полупроводника с электропроводностью -типа, т. е. в области , намного выше концентрации электронов в области , т. е. слой более низкоомный.

Так как концентрация дырок в области выше, чем в -области, то часть дырок в результате диффузии перейдет в -область, где вблизи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбинировать с электронами. Соответственно в этой зоне уменьшится концентрация свободных электронов и образуются области нескомпенсированных положительных ионов донорных примесей. В -области уход дырок из граничного слоя способствует образованию областей с некомпенсированными отрицательными зарядами акцепторных примесей (рис. 2.7, а), созданными ионами.

Подобным же образом происходит диффузионное перемещение электронов из -слоя в -слой. Однако в связи с малой концентрацией электронов по сравнению с концентрацией дырок перемещением основных носителей заряда высокоомной области в первом приближении пренебрегают. Перемещение происходит до тех пор, пока уровни Ферми обоих слоев не уравняются.

Область образовавшихся неподвижных пространственных зарядов (ионов) и есть область -перехода. В ней имеют место пониженная концентрация основных носителей заряда и, следовательно, повышенное сопротивление, которое определяет электрическое сопротивление всей системы.

В зонах, прилегающих к месту контакта двух разнородных областей, нарушается условие электронейтральности. В -области остается некомпенсированный заряд отрицательно заряженных акцепторных примесей, а в -области — положительно заряженных доноров (рис. 2.7, а, б). Но за пределами -перехода все заряды взаимно компенсируют друг друга и полупроводник остается электрически нейтральным.

Электрическое поле, возникающее между разноименными ионами, препятствует перемещению основных носителей заряда.

Рис. 2.7. Несимметричный -переход: а — струтура -перехода в кружочках ионы, дырки и электроны); б — распределение потенциала

Поэтому поток дырок из области в область и электронов из с ростом напряженности электрического поля. Однако это поле не препятствует движению через переход неосновных носителей, имеющихся в и -областях. Эти носители заряда собственной электропроводности, имеющие энергию теплового происхождения, генерируются в объеме полупроводника и, диффундируя к электрическому переходу, захватываются электрическим полем. Они перебрасываются в область с противоположной электропроводностью.

Переход неосновных носителей приводит к уменьшению объемного заряда и электрического поля в переходе. Как следствие, имеет место дополнительный диффузионный переход основных носителей, в результате чего электрическое поле принимает исходное значение. При равенстве потоков основных и неосновных носителей заряда и соответственно токов наступает динамическое равновесие.

Таким образом, через -переход в равновесном состоянии (без приложения внешнего потенциала) движутся два встречно направленных потока зарядов, находящихся в динамическом равновесии и взаимно компенсирующих друг друга. Суммарная плотность тока, определяемая выражением (2.13), будет равна нулю.

Ионы в -переходе создают разность потенциалов . которую называют потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов. Производная от нее, взятая по геометрической координате, дает значения напряженности электрического поля в переходе .

Значение контактной разности потенциалов определяется положениями уровней Ферми в областях пир: в первом приближении для рассмотренного полупроводника ее находят из выражения

где — концентрация основных носителей заряда в равновесном состоянии в областях .

Учитывая, что в равновесном полупроводнике при данной температуре , выражение для контактной разности потенциалов можно записать в виде

Так, если у германия , то . Значение контактной разности потенциалов у германиевых полупроводниковых приборов при комнатной температуре не превышает 0,4 В; в кремниевых приборах может достигать .

Ширину несимметричного ступенчатого -перехода можно определить из выражения

где — относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; -диэлектрическая постоянная воздуха.