P-область n-область

Е_внутр.

- ионы акцепторов; - ионы доноров; ( ) – дырки; ( ) – электроны.

Ионы основного материала и неосновных носителей заряда схематически не изображены.

Рисунок 76.1

Зонная диаграмма p-n перехода в равновесии показана на рисунок 76.2. Энергетические зоны в p - и n - областях смещаются относительно друг друга, в области перехода наблюдается изгиб зон, образующий потенциальный барьер eφ_k для основных носителей заряда (e – заряд электрона, φ_k – контактная разность потенциалов).

В состоянии равновесия диффузионный ток основных носителей заряда I_g и дрейфовый (под действием электрического поля p-n перехода) ток неосновных носителей заряда I₀ (электронов из p-области в n-область и дырок из n- в p-область) компенсируют друг друга

(76.1)

W_C W_v

ej_k

W_C

W_F W_D

W_A W_F

ej_k

W_V

W_C – дно зоны проводимости; W_V – поток валентной зоны; W_A – акцепторный уровень; W_D – донорный уровень; W_F – уровень ферми.

Рисунок 76.2

При приложении напряжения в прямом направлении (плюс к p-области, минус к n-области) внешнее поле направлено противоположно внутреннему, в результате потенциальный барьер понижается, и с увеличением напряжения резко растет ток основных носителей заряда I_g. При приложении напряжения в обратном направлении (плюс к n-, минус к p-области) внешнее и внутреннее электрические поля направлены одинаково, потенциальный барьер для основных носителей заряда еще более возрастает и их ток I_g уменьшается. Протекает малый по величине дрейфовый ток не основных носителей, слабо зависящий от напряжения. Вольт-амперная характеристика p-n перехода не линейна (рисунок 76.3) и определяется зависимостью

(76.2)

где e – основание натурального логарифма; α – коэффициент, зависящий от температуры; U – напряжение.

U

U

Рисунок 76.3