Электронно-дырочный переход ( P-N переход)

Электронно-дырочный переход (p-n переход) – это тонкий приконтактный слой между двумя областями полупроводникового
кристалла, одна из которых имеет электропроводность p-типа (дырочную), другая - n-типа (электронную). Переход получают в едином кристалле при легировании донорной или акцепторной примесями.
На границе раздела областей образуется переходный слой из противоположных по знаку пространственных зарядов и устанавливается разность потенциалов, которая называется контактной или, иначе сказать, устанавливается потенциальный барьер, который содержит малое количество носителей заряда и обладает высоким электрическим сопротивлением, поэтому называется запирающим слоем.
Электрическое поле, препятствуя диффузии ОНЗ, способствует переходу ННЗ в соседние области: электронов из p-области в n-область и дырок из n-области в p-область.

и состоит из двух составляющих: электронной Iоn и дырочной Iop

:

Iо = Iоn + Iоp

Так как ННЗ мало, то и образуемый ими ток невелик.

Диффузия ОНЗ в переходе вызывает ток диффузии, направление которого совпадает с направлением диффузии дырок:

Iдиф = Ipдиф + Inдиф

Тепловой ток по своему направлению противоположен току диффузии, поэтому общий ток перехода:

Ip-n = Iдиф - Io (Iдиф считается положительным)

Так как Iпр >> Iобр, то можно считать, что p-n переход обладает односторонней проводимостью.

при котором к области «р» приложен положительный потенциал, а к

области «n» - отрицательный потенциал. Под его действием ОНЗ устремляются вглубь перехода, уменьшая ширину запирающего слоя, а, следовательно, и сопротивление перехода в прямом направлении. При этом во внешней цепи возникает ток, примерно равный току диффузии: Iпр ≈ Iдиф, создаваемый ОНЗ.

отрицательный потенциал, а к области «n» - положительный потенциал –

при этом поле, создаваемое внешним напряжением, совпадает с полем перехода. Поля складываются, потенциальный барьер возрастет (Uкн + Uобр), ширина запирающего слоя увеличивается, и ток диффузии уменьшается, т.к. ОНЗ оттягиваются от перехода. Сопротивление перехода в обратном направлении Rобр увеличивается, во внешний цепи возникает ток, по величине сравнимый с тепловым. Iобр ≈ Iо, обусловлен ННЗ.

p-n перехода, которая теоретически имеет вид:










Основными свойствами p-n перехода являются:
-

несимметричная (односторонняя) электропроводность;
- зависимость проводимости от внешних факторов (температуры, наличия магнитных и электрических полей, излучения…)
- наличие зарядной емкости.

называется пробоем перехода. Различают электрический и тепловой пробои.
Электрический пробой

может быть:
а) туннельный – наблюдается в очень тонких переходах при обратном напряжении Uобр до 10 В. При этом возникает высокая напряженность электрического поля, под действием которой валентные электроны приконтактного слоя p-области отрываются от атомов и перебрасываются в n-область.
б) лавинный – наблюдается в широких переходах, также под действием электрического поля, но здесь основная роль принадлежит ННЗ – они разгоняются и ионизируют атомы, а образовавшиеся новые электроны сталкиваются с соседними атомами и процесс лавинообразно нарастает.
Оба электрических пробоя обратимы, протекают без разрушения структуры полупроводников.

на 10С).
С увеличением обратного напряжения и тока (Uобр, Iобр) возрастает

тепловая мощность, выделяющаяся в p-n переходе, P=Uобр∙Iобр и его температура. Под действием теплоты, ослабевают ковалентные связи, увеличивается количество НЗ. Если мощность превысит максимально допустимую мощность (P>Pпред), процесс термогенерации лавинообразно разрастается, переход разрушается и в кристалле происходит необратимая перестройка структуры.
У большинства приборов сигнала наступает
электрический пробой,
который с увеличением обратного тока (Iобр) переходит в тепловой.