Własności złącza p-n

Środa, Sierpień 15, 2011 Napisane przez Admin

Powstanie bariery potencjałów na złączu p-n jest związane z istnieniem warstwy ładunku przestrzennego, z której zostały usunięte swobodne elektrony i dziury. Naładowane jony donorowe i akceptorowe tworzą jak gdyby kondensator płaski. Odległość „okładzin kondensatora” jest taka sama jak szerokość obszaru ładunku przestrzennego, a materiał między okładzinami ma przenikalność elektryczną charakteryzującą dany półprzewodnik (np. german lub krzem). Jeżeli do półprzewodnika zawierającego złącze p-n doprowadzimy napięcie w sposób pokazany na rys. 1.5b, wówczas uzyskuje się rozszerzenie obszaru ładunku przestrzennego i zmniejszenie pojemności.

Jeżeli do półprzewodnika zawierającego złącze p-n doprowadzimy napięcie odwrotnie (z przeciwną biegunowością) niż na rys. 1.5b, wówczas nastąpi zwężenie obszaru ładunku przestrzennego, co spowoduje zwiększenie pojemności zastępczej.

Stan powstający w warstwie przejściowej złącza p-n, a więc w obszarze ładunku przestrzennego, odpowiada istnieniu dużej rezystywności materiału (brak ładunku swo-bodnego), uniemożliwiającej przepływ prądu w półprzewodniku. Warstwę tę nazywa się dlatego warstwą zaporową. W celu rozważenia wpływu napięcia zewnętrznego na warstwę zaporową rozważmy dwa przypadki dołączenia źródła prądu stałego do półprzewodnika zawierającego złącze p-n.

W celu rozważenia wpływu napięcia zewnętrznego na warstwę zaporową rozważmy dwa przypadki dołączenia źródła prądu stałego do półprzewodnika zawierającego złącze p-n.

1. Jeżeli złącze p-n zostanie dołączone do źródła napięcia tak, że półprzewodnik typu n zostanie przyłączony do bieguna dodatniego, a półprzewodnik typu p do bieguna ujemnego (rys. 1.6b), wówczas elektrony i dziury będą oddalały się od złącza, powodując rozszerzenie się warstwy zaporowej i wzrost rezystancji. Praktycznie tworzy ona izolację między obu typami półprzewodników, uniemożliwiając przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym. Ten kierunek włączenia napięcia stałego nazywa się kierunkiem zaporowym.

2.Jeżeli złącze p-n zostanie dołączone do źródła prądu tak, że półprzewodnik typu n zostanie przyłączony do ujemnego bieguna (rys. 1.6c), to elektrony w półprzewodniku typu n będą odpychane w kierunku złącza p-n przez dodatkową różnicę potencjałów. Podobnie dzieje się z dziurami w półprzewodniku typu p. Obydwa rodzaje nośników, koncentrując się w obszarze złącza p-n, obniżają barierę potencjału. Maleje rezystancja złącza p-n i dzięki temu jest możliwy przepływ prądu. W tym przypadku złącze pracuje w kierunku przepustowym. Mechanizm przepływu prądu przez złącze p-n jest następujący. Obniżenie bariery potencjału powoduje wzrost liczby elektronów przechodzących z półprzewodnika typu n do półprzewodnika typu p. Podobnie wzrasta również i liczba dziur przechodzących z półprzewodnika typu p do półprzewodnika typu n. Wprowadzone nośniki mniejszościowe, np. elektrony w półprzewodniku typu p, dyfundują w kierunku od złącza do obszarów o mniejszej koncentracji, gdzie zanikają w wyniku rekombinacji z nośnikami większościowymi. Przepływ prądu w opisanym układzie jest więc wynikiem rekombinacji.
Uwaga. Rekombinacja polega na łączeniu się dziur i elektronów i ich zanikaniu.
Prąd całkowity uzyskuje się w wyniku rekombinacji nośników większościowych, dostarczonych ze źródła zewnętrznego, z nośnikami mniejszościowymi, pochodzącymi z dyfuzji.