P-n-переход

p-n-перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. Электрические процессы в p-n-переходах являются основой работы полупроводниковых диодов, транзисторов и других электронных полупроводниковых приборов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Файл:Эн. Дистанция p-n перехода.png

Энергетическая диаграмма p-n-перехода. a) Состояние равновесия; b) При приложенном прямом напряжении; c) При приложенном обратном напряжении.

Области пространственного заряда

В полупроводнике p-типа концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — носители заряда, хаотично двигаясь, перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При такой диффузии электроны и дырки переносят с собой заряд. Как следствие, области вблизи границы p-n перехода приобретают пространственный заряд. Область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получает дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получает положительный заряд, приносимый дырками (точнее, уносимый электронами отрицательный заряд). Таким образом, на границе раздела образуются два слоя пространственного заряда противоположного знака.

Слои пространственного заряда порождают в переходе Электрическое поле, это поле вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие и изменение объемных зарядов прекращается.

Выпрямительные свойства p-n перехода

Основная статья: Полупроводниковый диод

Схема полупроводникового кремниевого диода. Ниже приведено его символическое изображение на электрических принципиальных схемах.

Если к слоям полупроводника приложить внешнее напряжение так, чтобы созданное им электрическое поле было направленным противоположно направлению электрического поля между областями пространственного заряда, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением (на область p-типа подан положительный потенциал относительно области n-типа).

Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем между областями пространства, то это приведет лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда, и ток через p-n-переход очень мал и определяется тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением.

Применение

• Диоды
• Транзисторы
• Тиристоры
• Варикапы
• Стабилитроны (диод Зенера (Зинера))
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Стабисторы
• pin диоды

См. также

• Омический контакт#Теория
• Зонная теория