Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии

3.3.1. Потенциальный барьер

Неравновесное состояние р-n-перехода наступает при подаче внешнего напряжения U и характеризуется протеканием тока через переход. Сопротивление обедненного слоя значительно выше со­противления нейтральных областей, поэтому внешнее напряжение U практически оказывается приложенным к самому обедненному слою и влияет на величину потенциального барьера.

Принято называть напряжение на р-n-переходе прямым, если оно понижает барьер. Это будет в том случае, если плюс источника питания присоединен к р-области, а минус – к n-области. Потенци­альный барьер при прямом напряжении

(3.18)

Внешнее поле складывается с контактным полем и потенциаль­ный барьер возрастает, если плюс источника присоединяется к n-области. Такое напряжение называется обратным и считается отрицательным.

(3.19)

(3.20)

3.3.2. Толщина р-n-перехода

(3.21)

(3.22)

3.3.3 Энергетические диаграммы р-n-перехода

Энергетические диаграммы р-n-перехода для прямого и обрат­ного напряжений показаны на рис. 3.7. Уровни Ферми в р- и n-областях в отличие от диаграммы для равновесного состояния (см. рис. 3.5) распо­лагаются на разной высоте, так что интервал между ними равен q|U|,т.е. пропорционален приложенному напряжению.

При прямом на­пряжении из-за сни­жения потенциаль­ного барьера нару­шается равенство диффузионного и дрейфового потоков как дырок, так и электронов: диффу­зионный поток ды­рок из р-области в n-область преобла­дает над встречным дрейфовым потоком дырок из n-области, а диффузия электронов из n-области в р-область – над встречным дрейфом электронов из р-области. В результате происходит увеличение концентрации не­основных носителей вне перехода в р- и n-областях. Этот процесс называется инжекцией неосновных носителей.

При обратном напряжении из-за увеличения потенциального барьера происходит ослабление диффузионных потоков по сравне­нию с состоянием равновесия. Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении (порядка десятых долей вольта) диффузионный поток становится настолько малым, что дрейфовые потоки на­чинают преобладать над диффузионными. В результате дрейфа не­основных носителей происходит уменьшение концентраций неос­новных носителей у границ перехода: электронов в р-области и ды­рок в л-области. Это явление называется экстракцией (выведени­ем) неосновных носителей.