P-n переход

Электронно-дырочным, или p - n переходом, называют контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным).

Классическим примером p - n перехода являются: n -Si – p -Si, n -Ge – p -Ge. Рассмотрим контакт двух полупроводников n - и p -типа. Величина работы выхода Ф определяется расстоянием от уровня Ферми до уровня вакуума. Термодинамическая работа выхода в полупроводнике p -типа Ф p всегда больше, чем термодинамическая работа выхода Ф n в полупроводнике n -типа.

При контакте полупроводников n - и p -типов вследствие различного значения токов термоэлектронной эмиссии (из-за разных значений работы выхода) поток электронов из полупроводника n -типа в полупроводник p -типа будет больше. Электроны из полупроводника n -типа будут при переходе в полупроводник p -типа рекомбинировать с дырками. Вследствие несбалансированности токов в полупроводнике n -типа возникнет избыточный положительный заряд, а в полупроводнике p -типа – отрицательный. Положительный заряд обусловлен ионизованными донорами, отрицательный заряд – ионизованными акцепторами. Вследствие эффекта поля произойдет изгиб энергетических зон в полупроводниках n - и p -типов, причем в полупроводнике p -типа на поверхности термодинамическая работа выхода будет уменьшаться, а в полупроводнике n -типа на поверхности термодинамическая работа выхода будет увеличиваться. Условию термодинамического равновесия соответствуют равные значения токов термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводников p - и n -типов, а следовательно, и равные значения термодинамической работы выхода.

На рисунке приведены зонные диаграммы, иллюстрирующие этапы формирования электронно-дырочного перехода.

Схема образования п-н перехода.

Граница областей донорной и акцепторной примеси в полупроводнике получила название металлургического p-n перехода. Границу, где уровень Ферми пересекает середину запрещенной зоны, называют физическим p-n переходом.