Основные теоретические положения. На границе раздела полупроводников с разным типом проводимости (электронной n и дырочной р) образуется p-n переход: двойной слой (область объемного заряда

На границе раздела полупроводников с разным типом проводимости (электронной n и дырочной р) образуется p-n переход: двойной слой (область объемного заряда ООЗ), характеризующийся высоким сопротивлением (рис. 1, а). Положительный заряд расположен в n -области и возникает при диффузии электронов в р -область, а отрицательный – в р -области (в результате диффузии дырок в n - область). Этот переходный слой, состоящий из неподвижных ионизованных атомов кристалла, обладает высоким сопротивлением и способен расширяться или сужаться в зависимости от полярности и величины приложенного к p-n переходу напряжения, при этом сопротивление перехода соответственно возрастает или уменьшается.

d₁ = d₂

а б

_{Рис. 1}

На зонной энергетической диаграмме показано, что в области двойного слоя вблизи p-n перехода (рис.1,б) образуется потенциальный барьер, высота которого (е ) равна контактной разности потенциалов между р - и n -областями. Это связано с тем, что уровень Ферми Е_F в n - области находится ближе к дну зоны проводимости Е_с, а в р -области – к потолку валентной зоны Е_V. Вследствие выравнивания уровня Ферми и изгиба энергетических зон при образовании контакта р -области с n -областью (отсчет энергии в кристалле ведется относительно этого уровня) и образуется указанный барьер.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) перехода описывается формулой

, (1)

где – ток насыщения, – заряд электрона, к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, U – напряжение на переходе, I – сила тока.

Если к p-n переходу приложить напряжение в прямом (пропускном) направлении (положительный потенциал к р -области, отрицательный – к n -области), то высота барьера понижается, ширина ООЗ и сопротивление перехода уменьшаются (рис. 2, а) и ток через барьер возрастает экспоненциально. При этом говорят, что диод открыт.

При противоположной полярности в обратном направлении (запертое состояние) высота барьера повышается, а значит ширина ООЗ и сопротивление растут (рис. 2, б), ток через переход становится ничтожно малым. При этом говорят, что диод заперт.

– + + –

а б

Рис. 2