Зонная диаграмма несимметричного p-n перехода

Вследствие различия концентраций электронов и дырок в n- и p-областях создается диффузионное движение свободных носителей через p-n-переход, выравнивающее концентрации дырок и электронов в полупроводнике. При этом электроны, перешедшие из n- в р-область, рекомбинируют вблизи границы этих областей с дырками р-области, точно так же дырки, перешедшие из р- в n-область, рекомбинируют здесь с электронами этой области. В результате этого в приконтактном слое n-области практически не остается свободных электронов и в нем формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных доноров. В приконтактном слое р-области практически не остается дырок и в нем формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных акцепторов. Диффузия дырок и электронов через p-n-переход приводит к нарушению электрической нейтральности. Происходит взаимное смещение энергетических зон n - и p-областей (рисунок 4.1б).

Рисунок 4.1 Энергетические диаграммы p-n перехода: a - неравновесная диаграмма (до начала обмена носителями заряда между p- и n-областями); б - равновесная диаграмма (после образования объемных стационарных зарядов в переходе)

Ширина запрещенной зоны в каждой из областей при этом не изменяется, но в обеих областях происходит выравнивание уровней Ферми. Между p-n областями происходит диффузионное перераспределение носителей до тех пор, пока средняя энергия заряженных частиц, а следовательно, и уровни Ферми в обеих частях кристалла, не будут одинаковы.

Из рассмотрения зонной диаграммы (рис.4.1а) можно прийти к выводу, что барьер в p-n-переходе равен:

переход барьер контактный амперный (4.1)

т.е. определяется разностью положений уровней Ферми в исходных полупроводниках.