Образование p-n перехода
Рассмотрим образование несимметричного p-n перехода при идеальном контакте двух полупроводников с различным типом проводимости. Через плоскость металлургического контакта (плоскость, где изменяется тип примесей, преобладающих в полупроводниках) возникает диффузия из-за градиента концентрации носителей заряда. В результате диффузии носителей заряда нарушается электрическая нейтральность примыкающих к металлургическому контакту частей монокристалла полупроводника.
Пусть концентрация акцепторов Nа в области полупроводника
p-типа больше концентрации доноров NД в области полупроводника n-типа: Nа>>NД. При этом концентрация основных носителей заряда - дырок в полупроводнике - p-типа будет больше концентрации основных носителей заряда - электронов в полупроводнике n-типа: pp>nn. Соответственно концентрация неосновных носителей заряда - электронов в полупроводнике p-типа - меньше концентрации неосновных носителей заряда - дырок в полупроводнике n-типа: np<pn. Образование несимметричного p-n перехода посредством металлургического контакта двух полупроводников с различным типом проводимости иллюстрируется рис.1. На рис.1 указано, что внешнее напряжение на переход не подается, а p- и n-области соединены между собой, подтверждая рассмотрение p-n перехода в равновесном состоянии.
 |
Рис.1
Допустим, Nа=1018см-3, а NД=1015см-3. Поясним процесс образования p-n перехода с помощью диаграмм, представленных на рис.2. На рис.2 обозначено:
+ - дырка - основной носитель заряда полупроводника p-типа;
- - электрон - основной носитель заряда полупроводника n-типа;
-положительный ион донора; отрицательный ион акцептора;
lp - ширина p-n перехода в области полупроводника p-типа; ln - ширина p-n перехода в области полупроводника n-типа; lo - ширина p-n перехода в равновесном состоянии.
Распределения концентраций основных и неосновных носителей заряда в полупроводниках определяются из закона действующих масс. Так, для полупроводника p-типа закон действующих масс записывается в виде ni2=pp×np=Nа×np.
Допустим, что для изготовления p-n перехода используется полупроводниковый материал германий, у которого собственная концентрация (концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике i-типа) носителей заряда составляет величину niGE=2,5×1013см-3 . При условии pp=Nа=1018см-3 из закона действующих масс находим, что
np= ni2 / Nа=6,25×1026 / 1018= 6,25×108см-3.
В полупроводнике n-типа закон действующих масс определяется соотношением ni2=nn×pn=NД×pn. При условии nn=NД=1015см-3 из закона действующих масс получаем, что pn=6,25×1011см-3 .
