Изучение полупроводникового диода. Лукьянов Г.Д. - 2 стр.

                                                           2

диффундировать из n – области в p –область, а дырки – в противоположном направлении. Дырки, перешедшие в n–
область, рекомбинируют на ее границе с электронами. В пограничном слое n – области за счет ионов донорной примеси
возникает положительный объемный заряд. Электроны, перешедшие в p –область, рекомбинируют с дырками, и в погра-
ничном слое р –области за счет ионов акцепторной примеси возникает отрицательный объемный заряд (см. рис.2). При-
контактный объемный заряд простирается на расстоянии ~ 10-5 ÷ 10-4 см.
    Электрическое образовавшегося дипольного слоя и соответствующая ему разность потенциалов вызывает движение
не основных носителей (дрейфовый ток): дырок из n–области в p–область, а электронов из p–области в n–область. На-
правление дрейфового тока противоположно направлению диффузионного тока основных носителей заряда. При опреде-
ленном значении разности потенциалов Uк, называемой контактной, оба тока уравновешиваются (Iдиф= Iдр) и результи-
рующий ток через p–n–переход равен нулю . При этом уровни Ферми в n- и p-областных выравниваются. Так как рас-
стояние между границами зон сохраняется, то в области p–n–перехода энергетические зоны искривляются, в результате
чего возникает потенциальный барьер как для электронов, так и для дырок.
   Для невырожденных полупроводников, применяемых в полупроводниковых диодах, распределение носителей тока
описывается классической статистикой Максвелла – Больцмана, ~поэтому концентрация электронов в n – области, спо-
собных преодолеть потенциальный барьер, изменяется по экспоненциальному закону .
                                                                  qeU k
                                                nn( n ) ~ exp(−         ).                                     (1)
                                                                   kT
   Аналогичная зависимость справедлива для дырок в p–области, способных преодолеть потенциальный барьер. Высота
потенциального барьера в равновесном состоянии
                                                    q eU k = μ p − μ n ,
где μp, μn – расстояния от уровня Ферми до зоны проводимости в n – области и в p – области.
  У большинства германиевых диодах контактная разность потенциалов Uk равна 0,3–0,4 В, у кремниевых Uk=0,7÷ 0,8 В.
   Если к p – n переходу приложить внешнее напряжение в запорном направлении, т. е. направлении, совпадающем с
направлением контактной разности потенциалов Uk , то высота потенциального барьера увеличивается на величину qeU и
станет равной qe(Uк+U) (рис. 3).




                       Рис.3. Образование потенциального барьера на границе р- и n-областей.

На зонной диаграмме это отражается на том, что уровень Ферми в n – области, присоединенной к положительному полю-
су источника тока, снижается по сравнению с уровнем Ферми в p – области на величину q eU.
   По мере увеличения потенциального барьера экспоненциально уменьшается основных носителей заряда, которые
способны его преодолеть (см. формулу 1). При определенной высоте потенциального барьера диффузионный ток обра-
щается в нуль. Основные носители будут дрейфовать от пограничных областей внутрь проводника.
   Толщина p-n–перехода и его сопротивление увеличиваются. Через переход будет протекать только ток, обусловлен-
ный не основными носителями (дрейфовый ток), для которых барьера нет (рис.4). Этот ток называется обратным током
насыщения p-n–перехода и обозначается Is (рис. 5). Увеличение высоты потенциального барьера не отражается на вели-
чине дрейфового тока, а лишь изменяет скорость переноса носителей заряда через переход. Если к p-n–переходу прило-
жено напряжение U в пропускном направлении, то высота потенциального барьера уменьшится на величину q eU и будет
равна qe(Uк-U) (рис.4, в). При этом уровень Ферми в p-области повышается на величину qeU по сравнению с уровнем
Ферми в n–области. Диффузионный ток возрастает по экспоненциальному закону. Число носителей заряда в приконтакт-