§ 21.4. Электронно-дырочный переход.

Представим себе кристалл германия, у которого одна половина содержит.донорную примесь, а другая — акцепторную. Границу в кристалле полупроводника между областями -типа и -типа называют электронно-дырочным переходом или -переходом. Рассмотрим свойства этого перехода.

Представим себе, что эти части полупроводника только что приведены в соприкосновение (хотя в действительности это две части одного кристалла). Тогда сразу начнется переход электронов из -области, где их много, в -область, где их мало, и перемещение дырок в обратном направлении.

Рис. 21.5.

Эта диффузия электронов и дырок (аналогичная взаимной диффузии двух жидкостей или газов) происходила бы до полного выравнивания их концентраций в обеих частях кристалла, если бы они не переносили заряды. Однако в результате такого перемещения носителей зарядов -область заряжается положительно, а -область — отрицательно, т. е. между и -областями возникает контактная разность потенциалов.

На границер и -областей, в переходной области (рис. 21.5,а), появляется электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей через границу, отбрасывая новные носители назад в свои области (1 на рис. 21.5, б). Только дырки и электроны с достаточно большой кинетической энергией могут преодолеть противодействие поля и перейти через переходную область на рис. 21.5, б). С другой стороны, это поле вызывает, обратный переход неосновных носителей: дырок из -области в -область - электронов из -области в -область. Действительно, достаточно свободному электрону, находящемуся в -области, при хаотическом движении пересечь границу А переходного слоя (рис. 21.5, в), как он силами поля будет переброшен в -область; то же будет происходить и с дырками в -области.

В результате в переходном слое устанавливается такая разность потенциалов (около одного вольта), при которой диффузионный поток дырок из -области в -область уравновешивается

встречным потоком дырок из -области в -область, создаваемым полем переходного слоя Одновременно уравновешиваются и встречные потоки электронов. Результирующие потоки и дырок и электронов становятся равными нулю.

В переходном слое почти нет подвижных носителей зарядов — они не могут удержаться там и только быстро пролетают через него. В переходном слое остаются лишь локализованные ионы акцепторной примеси — в области и донорной примеси — в области . В этих областях и сосредоточены заряды и -областей, а оставшиеся части кристалла электрически нейтральны.

Обедненный подвижными носителями заряда переходный слой, толщина которого всего порядка 1 мкм обладает очень большим сопротивлением по сравнению с другими частями кристалла; поэтому, когда кристалл с -переходом включают в цепь, практически все подведенное к кристаллу напряжение сосредоточивается на -переходе.