ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
64
точки зрения зонной теории, первые свободные энергетические уровни
примесных атомов лежат в запрещенной зоне полупроводника вблизи
верхнего края заполненной (валентной) зоны (пунктирный уровень
рис.2б ). Электроны из валентной зоны, попадая на эти уровни, дают
возможность оставшимся электронам поочередно изменять свою энергию
на малое значение, что и обуславливает дырочную проводимость.
В практическом отношении важно рассмотреть, какие явления
происходят в зоне контакта двух полупроводников различного типа
проводимости – электронного ( n ) и дырочного ( p ).
Так как в первом из них велика концентрация свободных электронов,
а во втором – дырок, то через поверхность соприкосновения
полупроводников происходит диффузия свободных электронов из
электронного полупроводника в дырочный ( n – p ) и диффузия дырок в
противоположном направлении ( p – n ) .
Следует отметить , что перемещение дырок в направлении p – n
означает в действительности перемещение связанных электронов в
направлении n – p . В результате пограничный слой со стороны p –
полупроводника заряжается отрицательно, а со стороны n –
полупроводника – положительно, т.е. в зоне контакта образуется “ двойной
электрический слой ” с разностью потенциалов U
к
(рис.3а ). Эта контактная
разность потенциалов U
к
препятствует дальнейшей диффузии , т.е.
переходу электронов направо через контакт , а дырок – налево через
контакт . И только очень редкие электроны и дырки , обладающие
большой энергией , могут проникать через этот барьер. Около контакта
создается слой, обедненный основными носителями и поэтому
обладающий повышенным сопротивлением . Такой слой называется
запирающим слоем .
Если теперь к имеющейся системе подключить внешнюю батарею с
напряжением U , то в зависимости от полярности ее включения ток во
внешней цепи будет резко изменяться. В одном случае поле от внешнего
источника будет усиливать поле от собственной контактной разности
потенциалов и еще более препятствовать прохождению основных
носителей через контакт (рис.3б ) . Однако ток во внешней цепи все-таки
будет наблюдаться. Он обусловлен прохождением через контакт
неосновных носителей, для которых собственное и приложенное
электрические поля является ускоряющими. Этот ток носит название
обратного тока I
обр
и его величина практически очень мала .
Если же изменить полярность батареи на обратную , то электрическое
поле от внешнего источника будет направлено на встречу внутреннему и
вызовет движение основных носителей к месту контакта. Запирающий
слой начнет заполняться основными носителями, его сопротивление будет
падать и при некотором значении U может практически исчезнуть. Через
внешнюю цепь пойдет ток I
пр
( рис.3в ). В прямом направлении даже
незначительного напряжения оказывается достаточно, чтобы преодолеть
внутреннюю контактную разность потенциалов.
64
т очки зрен ия зон н ой т еории, первые своб од н ые эн ергетические у ровн и
прим есн ых а т ом ов леж а т в за прещ ен н ой зон е полу провод н ика вб лизи
верх н его кра я за полн ен н ой (ва лен тн ой) зон ы (пу н кт ирн ый у ровен ь
рис.2б ). Элект рон ы из ва лен т н ой зон ы, попа д а я н а эт и у ровн и, д а ю т
возм ож н ост ь ост а вшим ся элект рон а м поочеред н о изм ен ять свою эн ергию
н а м а лое зн а чен ие, чт о и об у сла влива ет д ырочн у ю провод им ост ь .
В пра кт ическом от н ошен ии ва ж н о ра ссм отрет ь , ка кие явлен ия
происх од ят в зон е кон т а кт а д ву х полу провод н иков ра зличн ого т ипа
провод им ост и – элект рон н ого ( n ) и д ырочн ого ( p ).
Т а к ка к в первом из н их велика кон цен тра ция своб од н ых элект рон ов,
а во втором – д ырок, то через поверх н ость соприкосн овен ия
полу провод н иков происх од ит д иф ф у зия своб од н ых элект рон ов из
элект рон н ого полу провод н ика в д ырочн ый ( n – p ) и д иф ф у зия д ырок в
прот ивополож н ом н а пра влен ии ( p – n ) .
С лед у ет от м ет ит ь , чт о перем ещ ен ие д ырок в н а пра влен ии p – n
озн а ча ет в д ейст вит ель н ост и перем ещ ен ие связа н н ых элект рон ов в
н а пра влен ии n – p . В резу ль т а т е погра н ичн ый слой со ст орон ы p –
полу провод н ика за ряж а ет ся отрица т ель н о, а со ст орон ы n –
полу провод н ика – полож ит ель н о, т.е. в зон е кон т а кт а об ра зу ет ся “ д войн ой
элект рический слой ” с ра зн ост ь ю потен циа лов Uк (рис.3а ). Эт а кон та кт н а я
ра зн ост ь пот ен циа лов Uк препят ст ву ет д а ль н ейшей д иф ф у зии , т.е.
перех од у элект рон ов н а пра во через кон т а кт , а д ырок – н а лево через
кон т а кт . И толь ко очен ь ред кие элект рон ы и д ырки , об ла д а ю щ ие
б оль шой эн ергией , м огу т прон ика т ь через эт от б а рь ер. Около кон та кт а
созд а ет ся слой, об ед н ен н ый осн овн ым и н осителям и и поэтом у
об ла д а ю щ ий повышен н ым сопротивлен ием . Т а кой слой н а зыва ет ся
за пира ю щ им слоем .
Е сли т еперь к им ею щ ейся сист ем е под клю чит ь вн ешн ю ю б а т а рею с
н а пряж ен ием U , то в за висим ости от полярн ости ее вклю чен ия т ок во
вн ешн ей цепи б у д ет резко изм ен ят ь ся. В од н ом слу ча е поле от вн ешн его
ист очн ика б у д ет у силива т ь поле от соб ст вен н ой кон т а кт н ой ра зн ост и
пот ен циа лов и ещ е б олее препятст вова т ь прох ож д ен ию осн овн ых
н осит елей через кон т а кт (рис.3б ) . Од н а ко т ок во вн ешн ей цепи все-т а ки
б у д ет н а б лю д а т ь ся. Он об у словлен прох ож д ен ием через кон т а кт
н еосн овн ых н осителей, д ля которых соб ст вен н ое и прилож ен н ое
элект рические поля являет ся у скоряю щ им и. Этот т ок н осит н а зва н ие
об ра тн ого тока Iоб р и его величин а пра кт ически очен ь м а ла .
Е сли ж е изм ен ит ь полярн ост ь б а та реи н а об ра тн у ю , т о элект рическое
поле от вн ешн его ист очн ика б у д ет н а пра влен о н а вст речу вн у т рен н ем у и
вызовет д виж ен ие осн овн ых н осит елей к м ест у кон т а кт а . За пира ю щ ий
слой н а чн ет за полн ят ь ся осн овн ым и н осит елям и, его сопрот ивлен ие б у д ет
па д а т ь и при н екотором зн а чен ии U м ож ет пра кт ически исчезн у т ь . Ч ерез
вн ешн ю ю цепь пойд ет ток Iпр ( рис.3в ). В прям ом н а пра влен ии д а ж е
н езн а читель н ого н а пряж ен ия ока зыва ет ся д ост а т очн о, чтоб ы преод олет ь
вн у т рен н ю ю кон т а кт н у ю ра зн ост ь пот ен циа лов.
