Изучение электронно-дырочного перехода. Фетисов И.Н. - 4 стр.

                                                4




                                             Рис. 1

 Неподвижные заряды создают в р-n-переходе контактное электрическое поле с разностью
потенциалов Uк порядка одного вольта. На рис.1б кривые изображают зависимость потенциальной
энергии электронов и дырок от координаты Х (ось Х направлена перпендикулярно плоскости
перехода). Потенциальная энергия электрона, изображенная сплошной линией, выше в р-области;
для дырок, заряд которых положительный, энергия выше в n-области (штриховая линия). Высота
потенциального энергетического барьера равна произведению элементарного заряда ( q = 1,6 10-19
Кл) на контактную разность
потенциалов:

                                         ∆Е = q ∙ Uk .

      Вне контактной области, где поля нет, свободные частицы движутся хаотично, и количество
их, наталкивающихся за единицу времени на контакт, зависит от его площади, концентрации
частиц и их скорости. Если в слой объемных зарядов влетает неосновной носитель, то контактное
поле "подхватывает" его и "перебрасывает" в другую область (на рис. 1 неосновные носители
"скатывавтся" вниз с потенциального барьера). Основные носители, наоборот, должны
"взобраться" на барьер, чтобы пройти через переход. Для этого они должны обладать
кинетической энергией, превышающей высоту барьера; доля таких частиц очень мала.
   За положительное направление тока через ЭДП принято направление движения
положительного заряда из р-области в n-область; следовательно, это ток основных носителей
(электронов и дырок). Тогда ток неосновных носителей будет отрицательным, обозначим его -Is.
Высота потенциального барьера ∆Е=q∙Uk автоматически устанавливается такой, чтобы суммарный
ток через переход основных и неосновных носителей был равен нулю; следовательно, ток
основных носителей также равен Is (со знаком "плюс"). Такое состояние ЭДП называется
равновесным. Легко понять, что если нет равенства токов, то высота барьера изменяется в таком
направлении, чтобы равенство токов возникло. Равновесная высота барьера примерно равна
(точнее, немного меньше) ширине запрещенной зоны полупроводника, т.е. около 1 эВ для ЭДП из
кремния и несколько меньше для германия.
      Итак, в равновесии суммарный ток через переход равен нулю:

                                         I = -Is + Is =0.

Каждый неосновной носитель, подошедший близко к потенциальному барьеру, "скатывается" с
него и проходит через контакт; и только один из миллиона основных носителей (в нашем примере
их в 106 раз больше), налетевших на барьер, способен его преодолеть. В результате суммарный ток
через переход будет равен нулю.