p-n-tranziție(n - negativ - negativ, electronic, p - pozitiv - pozitiv, gaură) sau joncțiunea electron-gaură - un tip de homouncție, Zona joncțiune p-n A numită regiunea unui semiconductor în care există o modificare spațială a tipului de conductivitate din electronică n la gaura p.
O tranziție electron-gaură poate fi creată în diferite moduri:
- în volumul aceluiași material semiconductor, dopat într-o parte cu o impuritate donor ( n-regiune), iar în celălalt - acceptor ( p-regiune);
- la interfaţa a doi semiconductori diferiţi cu tipuri diferite conductivitate.
Dacă p-n- tranziția se obține prin topirea impurităților într-un semiconductor monocristal, apoi trecerea de la n- La R-zona apare brusc (tranzitie brusca). Dacă se utilizează difuzia impurităților, se formează o tranziție lină.
Diagrama energetică p-n-tranziție. a) Stare de echilibru b) Cu tensiune directă aplicată c) Cu tensiune inversă aplicată
Când două zone intră în contact n- Și p- tip, datorită gradientului de concentraţie al purtătorilor de sarcină, difuzia acestora din urmă are loc în zone cu tip opus de conductivitate electrică. ÎN p- regiunea din apropierea contactului după difuzia găurilor din acesta, rămân acceptoare ionizate necompensate (sarcină staționară negativă), iar în n-regiuni - donatori ionizați necompensați (încărcări staționare pozitive). Format regiune de încărcare spațială(SCR), constând din două straturi încărcate opus. Între sarcinile opuse necompensate ale impurităților ionizate, apare un câmp electric, îndreptat din n-zone spre p-regiune si numit camp electric de difuzie. Acest câmp previne difuzarea ulterioară a purtătorilor majoritari prin contact - se stabilește o stare de echilibru (în acest caz, există un curent mic al purtătorilor majoritari din cauza difuziei și un curent al purtătorilor minoritari sub influența câmpului de contact, acești curenți se compensează reciproc). Între n- Și p-regiuni, exista o diferenta de potential numita diferenta de potential de contact. Potențialul n-regiune este pozitiv în raport cu potențialul p-regiuni De obicei, diferența de potențial de contact este în acest caz, este zecimi de volt.
Un câmp electric extern modifică înălțimea barierei și perturbă echilibrul fluxurilor de purtători de curent prin barieră. Dacă se aplică un potenţial pozitiv p-regiune, atunci bariera de potențial scade (deplasare directă), iar SCR se îngustează. În acest caz, odată cu creșterea tensiunii aplicate, numărul purtătorilor majoritari capabili să depășească bariera crește exponențial. Odată ce acești transportatori au trecut p - n-tranzitie, ele devin neesentiale. Prin urmare, concentrația de purtători minoritari de ambele părți ale joncțiunii crește (injecția de purtători minoritari). Simultan în p- Și n-regiunile prin contacte intră în cantități egale de purtători principali, determinând compensarea taxelor purtătorilor injectați. Ca urmare, viteza de recombinare crește și prin joncțiune apare un curent diferit de zero, care crește exponențial odată cu creșterea tensiunii.
Aplicarea potențialului negativ la p-regiune (prejudecata inversa) duce la o crestere a barierei potentiale. Difuzia purtătorilor majoritari prin joncțiune devine neglijabilă. În același timp, fluxurile transportatorilor minoritari nu se modifică (nu există nicio barieră pentru aceștia). Purtătorii de sarcină minoritari sunt atrași de câmpul electric în p-n-intersecție și trece prin ea către regiunea învecinată (extracția transportatorilor minoritari). Fluxurile purtătoare minoritare sunt determinate de rata de generare termică a perechilor electron-gaură. Aceste perechi difuzează către barieră și sunt separate de câmpul acesteia, rezultând p-n- curge curentul de joncţiune Este(curent de saturație), care este de obicei mic și aproape independent de tensiune. Astfel, caracteristica curent-tensiune a joncțiunii p-n are o neliniaritate pronunțată. La schimbarea semnului U valoarea curentului prin joncțiune se poate modifica de 10 5 - 10 6 ori. Astfel p-n- joncțiunea poate fi folosită pentru redresarea curenților alternativi (diodă).
Caracteristici volt-amper
Pentru a deduce dependența valorii curente prin p-n-tranziția de la tensiunea de polarizare externă V, trebuie să luăm în considerare separat curenții de electroni și de găuri. În cele ce urmează vom desemna prin simbol J densitatea fluxului de particule și simbol j- densitatea curentului electric; Apoi j e = −eJ e , j h = eJ h.
Caracteristici volt-amper p-n-tranziție. Este- curent de saturație, U pr- tensiunea de avarie.
La V= 0 atât J e cât și J h dispar. Aceasta nu înseamnă, desigur, că nu există nicio mișcare a purtătorilor individuali prin joncțiune, ci doar că un număr egal de electroni (sau găuri) se mișcă în ambele direcții. La V≠ 0 echilibrul este perturbat. Luați în considerare, de exemplu, un curent de gaură printr-un strat de epuizare. Acesta include următoarele două componente:
- Curent de generație n-regiuni în p-zona de tranzitie. După cum sugerează și numele, acest curent este cauzat de găurile generate direct în n-regiunea stratului de epuizare în timpul excitaţiei termice a electronilor de la nivelurile benzii de valenţă. Deși concentrația unor astfel de găuri (purtători minoritari) în n-ariile sunt extrem de mici in comparatie cu concentratia de electroni (purtatori majoritari) pe care ii joaca rol importantîn transfer de curent prin joncțiune. Acest lucru se întâmplă deoarece fiecare gaură care intră în stratul de epuizare este imediat transferată p-zonă sub influența unui câmp electric puternic care există în interiorul stratului. Ca urmare, mărimea curentului de generare rezultat nu depinde de valoarea modificării potențialului în stratul de epuizare, deoarece orice gaură găsită în strat este transferată din n-regiuni în p-regiune.
- Curent de recombinare, adică curentul de gaură care curge din p-regiuni în n-regiune. Câmpul electric din stratul de epuizare se opune acestui curent și doar acele găuri care ajung la limita stratului de epuizare cu energie cinetică suficientă pentru a depăși bariera de potențial contribuie la curentul de recombinare. Numărul de astfel de găuri este proporțional cu e −eΔФ/kT prin urmare
Spre deosebire de curentul de generare, curentul de recombinare este extrem de sensibil la mărimea tensiunii aplicate V. Putem compara mărimile acestor doi curenți notând că atunci când V= 0 nu există curent total prin tranziție: J h rec (V = 0) = J h gen Rezultă că J h rec = J h gen e eV/kT. Curentul total de gaură care curge din p-regiuni în n-regiunea reprezintă diferența dintre curenții de recombinare și de generare:
J h= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
O considerație similară este aplicabilă componentelor curentului de electroni, cu singura modificare că curenții de generare și recombinare a electronilor sunt direcționați opus curenților de gaură corespunzători. Deoarece electronii au sarcini opuse, curenții electrici de generare și recombinare a electronilor coincid în direcție cu curenții electrici de generare și recombinare a găurilor. Prin urmare densitatea totală curent electric Există j = e(J h gen + J e gen)(e eV/kT − 1).
Capacitate p-n-caracteristicile de tranzitie si frecventa
p-n-jonctiunea poate fi considerata ca un condensator plat, ale carui placi sunt regiunile n- Și p-tip în afara tranziției, iar izolatorul este regiunea de încărcare spațială, epuizată de purtători de sarcină și având rezistență mare. Această capacitate se numește barieră. Depinde de tensiunea externă aplicată, deoarece tensiunea externă modifică încărcarea spațiului. Într-adevăr, o creștere a barierei de potențial în timpul polarizării inverse înseamnă o creștere a diferenței de potențial între n- Și p-regiuni ale semiconductorului și, prin urmare, o creștere a sarcinilor volumetrice ale acestora. Deoarece sarcinile spațiale sunt staționare și asociate cu ionii donor și acceptor, o creștere a încărcăturii spațiale se poate datora doar unei extinderi a regiunii sale și, în consecință, unei scăderi a capacității electrice a joncțiunii. În funcție de zona de joncțiune, concentrația de dopanți și tensiunea inversă, capacitatea barierei poate lua valori de la unități la sute de picofaradi. Capacitatea barierei apare la tensiune inversă; cu tensiune continua este sonat cu rezistenta scazuta p-n-tranziție. Varicaps funcționează datorită capacității barierei.
Pe lângă capacitatea de barieră p-n- tranziția are așa-numita capacitatea de difuzie. Capacitatea de difuzie este asociată cu procesele de acumulare și resorbție a sarcinii de neechilibru în bază și caracterizează inerția mișcării sarcinilor de neechilibru în zona bazei. Capacitatea de difuzie se datorează faptului că o creștere a tensiunii cu p-n-tranziția duce la creșterea concentrării transportatorilor majoritari și minoritari, adică la o schimbare a responsabilității. Mărimea capacității de difuzie este proporțională cu curentul care trece p-n-tranziție. Când se aplică polarizarea directă, capacitatea de difuzie poate atinge zeci de mii de picofaradi.
Circuit echivalent p-n-tranziție. C b- capacitate de bariera, C d- capacitate de difuzie, R a- rezistenta diferentiala p-n-tranziție, r- rezistenta volumetrica a bazei.
Capacitate totală p-n-tranzitia este determinata de suma capacitatilor de bariera si difuzie. Circuit echivalent p-n-tranzitia pe curent alternativ este prezentata in figura. În circuitul echivalent, paralel cu rezistența diferențială p-n-tranziția R și capacitatea de difuzie inclusă C d şi capacitatea de barieră CU b; rezistența de volum de bază este conectată în serie cu acestea r. Odată cu creșterea frecvenței tensiunii alternative aplicate la p-n-tranziția, proprietățile capacitive devin din ce în ce mai pronunțate, R a este shuntat de capacitate si rezistenta totala p-n-tranzitia este determinata de rezistenta de volum a bazei. Astfel, la frecvențe înalte p-n- tranziția își pierde proprietățile liniare.
Dărâma p-n-tranziție
Defectarea diodei- acesta este fenomenul de creștere bruscă a curentului invers prin diodă atunci când tensiunea inversă atinge o anumită valoare critică pentru o anumită diodă. Depinzând de fenomene fizice, care duce la avarie, se face distincția între avalanșă, tunel, defalcare de suprafață și termică.
- Defectarea avalanșelor(ionizarea prin impact) este cel mai important mecanism de defalcare p-n-tranziție. Tensiunea de avalanșă determină limita superioară a tensiunii inverse a majorității diodelor. Defalcarea este asociată cu formarea unei avalanșe de purtători de sarcină sub influența unui câmp electric puternic, în care purtătorii dobândesc energii suficiente pentru formarea de noi perechi electron-gaură ca urmare a ionizării de impact a atomilor semiconductori.
- Defectarea tunelului Tranziția electron-gaură este defalcarea electrică a unei tranziții cauzată de tunelarea mecanică cuantică a purtătorilor de sarcină prin banda interzisă a unui semiconductor fără a le schimba energia. Tunnelul de electroni este posibil cu condiția ca lățimea barierei de potențial pe care electronii trebuie să o depășească să fie suficient de mică. Pentru aceeași bandă interzisă (pentru același material), lățimea barierei de potențial este determinată de intensitatea câmpului electric, adică de panta niveluri de energieși zone. În consecință, condițiile pentru tunelare apar numai la o anumită intensitate a câmpului electric sau la o anumită tensiune la joncțiunea electron-gaură - la o tensiune de rupere. Valoarea acestei intensități critice a câmpului electric este de aproximativ 8∙10 5 V/cm pentru joncțiunile de siliciu și 3∙10 5 V/cm pentru joncțiunile cu germaniu. Deoarece probabilitatea tunelării depinde foarte mult de intensitatea câmpului electric, efectul de tunelare se manifestă în exterior ca o defecțiune a diodei.
- Defectarea suprafeței (curent de scurgere). Real p-n-jonctiunile au sectiuni care se extind pana la suprafata semiconductorului. Datorită posibilei contaminări și prezenței sarcinilor de suprafață între regiunile p și n, se pot forma pelicule conductoare și canale conductoare prin care curge un curent de scurgere I curent. Acest curent crește odată cu creșterea tensiunii inverse și poate depăși curentul termic I 0 și curentul de generare I gen. Curentul Iut depinde slab de temperatura. Pentru a reduce I ut, se folosesc folii de protecție.
- Defalcare termică- aceasta este o defecțiune, a cărei dezvoltare se datorează eliberării de căldură în joncțiunea electrică redresoare datorită trecerii curentului prin joncțiune. Când se aplică tensiune inversă, aproape toată scade la p-n- o joncțiune prin care există, deși un curent mic, invers. Puterea degajată provoacă încălzire p-n-jonctiunea si zonele adiacente ale semiconductorului. Dacă eliminarea căldurii este insuficientă, această putere provoacă o creștere suplimentară a curentului, ceea ce duce la defecțiune. Defalcarea termică, spre deosebire de cele anterioare, este ireversibilă.
Aplicație
- Diode Zener (dioda Zener)
- LED-uri (diode rotunde Henry)
Fundația Wikimedia. 2010.
Vedeți ce este o „juncție P-n” în alte dicționare:
Tranziția este procesul de trecere de la o poziție sau stare la alta; precum și un loc potrivit sau destinat unei astfel de mișcări: Cuprins 1 În construcție 2 Mișcare 3 În fizică ... Wikipedia
Una din principalele legile materialismului dialectica, conform căreia o modificare a calității unui obiect are loc la acumularea de cantități. schimbările atinge un anumit nivel. limită. Această lege dezvăluie cel mai general mecanism de dezvoltare.... ... Enciclopedie filosofică
Tranziție, m. 1. numai unități. Acțiune după verb. du-te (1). Tranziția de la Moscova la Kolomna a durat câteva ore. Tranziția comandantului Suvorov prin Alpi. Trecând râul. Trec la următorul lucru. Trecerea la autofinanțare. Mergi la… … Dicţionar Ushakova
Trecerea la ora „de iarnă”.- pe teritoriul Federației Ruse se desfășoară în ultima duminică din octombrie la ora locală 3:00 prin deplasarea ceasului cu o oră înapoi. Pentru prima dată, mișcarea ceasului înainte cu o oră vara și cu o oră înapoi iarna pentru a economisi energie... ... Enciclopedia știrilor
Trecerea la ora „iarnă” și „vara”.- Rusia la 30 de ani de la introducerea tranziției la iarnă / ora de vara abandonează această practică din toamna lui 2011, rușii nu își vor da ceasul înapoi cu o oră, a declarat marți președintele rus Dmitri Medvedev. Trecerea la iarna...... Enciclopedia știrilor
Trecerea la ora „iarnă”: avantaje economice și dezavantaje medicale- Pe 28 octombrie la ora 3 (ora locală) în Rusia va avea loc o tranziție la timp de iarna. Mișcarea ceasurilor înainte cu o oră vara și cu o oră înapoi în timpul iernii pentru a economisi resursele de energie a fost efectuată pentru prima dată în Marea Britanie în 1908. Ideea… Enciclopedia știrilor
Trecerea la ora "iarna"/"vara".- Pentru prima dată, în Marea Britanie s-a făcut în 1908 deplasarea acelui ceasului înainte cu o oră vara și cu o oră înapoi iarna pentru a economisi resursele de energie. Însăși ideea de a economisi resursele energetice prin mișcarea săgeților aparține... ... Enciclopedia știrilor
Tranziție de fază, însoțită de o modificare a mărimii și naturii conductibilității electrice cu modificări ale temperaturii T, presiunii p, magnetice. câmpurile H sau compoziția materiei. P. m. d. sunt observate într-un număr solide, uneori în lichide și gaze (vapori de metal dens) ... Enciclopedie fizică
- (regula „mânii”, legea lui Pedersen) este o schimbare fonetică care a avut loc în limba proto-slavă timpurie. Cuprins 1 Descrierea fenomenului 1.1 ... Wikipedia
Tranziția armatei lui Alexandru Suvorov prin Alpii elvețieni- Campania elvețiană a armatei lui Alexandru Vasilievici Suvorov - trecerea trupelor ruse sub comanda generalului feldmareșal Suvorov din nordul Italiei prin Alpi până în Elveția, a durat între 10 septembrie și 27 septembrie 1799. A fost comis în timpul războiului 2... Enciclopedia știrilor
TRANZIȚIE- (1) în programare, o comandă pentru ca executantul să continue executarea algoritmului (programului) din foaia specificată de această comandă. Există: a) P. operare necondiționată, transferarea controlului la o adresă prestabilită, care este indicată în ... ... Marea Enciclopedie Politehnică
Joncțiunea p-n (pe-en) este o regiune a spațiului la joncțiunea a doi semiconductori de tip p și n, în care are loc o tranziție de la un tip de conductivitate la altul, o astfel de tranziție fiind numită și tranziție electron-gaură.
Există două tipuri de semiconductori: tipurile p și n. În tipul n, principalii purtători de sarcină sunt electroni , iar în tipul p cele principale sunt încărcate pozitiv găuri. O gaură pozitivă apare după ce un electron este îndepărtat dintr-un atom și se formează o gaură pozitivă în locul său.
Pentru a înțelege cum funcționează o joncțiune p-n, trebuie să studiați componentele acesteia, adică un semiconductor de tip p și de tip n.
Semiconductorii de tip P și n sunt fabricați pe bază de siliciu monocristalin, care are o foarte mare grad înalt puritate, prin urmare cele mai mici impurități (mai puțin de 0,001%) își modifică semnificativ proprietățile electrice.
Într-un semiconductor de tip n, principalii purtători de sarcină sunt electroni . Pentru a le obține se folosesc impurități donatoare, care sunt introduse în siliciu,- fosfor, antimoniu, arsenic.
Într-un semiconductor de tip p, purtătorii de sarcină principali sunt încărcați pozitiv găuri . Pentru a le obține se folosesc impurități acceptoare — aluminiu, bor
Semiconductor n - tip (conductivitate electronică)
Un atom de fosfor impur înlocuiește de obicei atomul principal în locurile rețelei cristaline. În acest caz, cei patru electroni de valență ai atomului de fosfor intră în contact cu cei patru electroni de valență ai celor patru atomi de siliciu învecinați, formând un înveliș stabil de opt electroni. Al cincilea electron de valență al atomului de fosfor se dovedește a fi slab legat de atomul său și sub influența forțe externe(vibrații termice ale rețelei, câmp electric extern) devine ușor liber, creând concentrare crescută electroni liberi . Cristalul capătă conductivitate electronică sau de tip n . În acest caz, atomul de fosfor, lipsit de un electron, este legat rigid de rețea cristalină siliciul are o sarcină pozitivă, iar electronul este o sarcină negativă mobilă. În absența forțelor externe, se compensează reciproc, adică în siliciu de tip nse determină numărul de electroni de conducere liberă numărul de atomi de impurități donatori introduși.
Semiconductor p - tip (conductivitatea găurii)
Un atom de aluminiu, care are doar trei electroni de valență, nu poate crea în mod independent un înveliș stabil de opt electroni cu atomi de siliciu învecinați, deoarece pentru aceasta are nevoie de un alt electron, pe care îl ia de la unul dintre atomii de siliciu aflați în apropiere. Un atom de siliciu fără electroni are o sarcină pozitivă și, deoarece poate lua un electron de la un atom de siliciu învecinat, poate fi considerat o sarcină pozitivă mobilă care nu este asociată cu rețeaua cristalină, numită gaură. Un atom de aluminiu care a capturat un electron devine un centru încărcat negativ, legat rigid de rețeaua cristalină. Conductivitatea electrică a unui astfel de semiconductor se datorează mișcării găurilor, motiv pentru care se numește semiconductor cu găuri de tip p. Concentrația în găuri corespunde numărului de atomi de impurități acceptoare introduse.
Tranziția electron-gaură ( p–n-joncțiunea) este un strat de tranziție între două regiuni ale unui semiconductor cu conductivități electrice diferite, în care există un câmp electric de difuzie.
Regiunile sunt separate printr-un plan în care se modifică tipul de impurități predominante, numit limita metalurgică. În apropierea graniței metalurgice, există un strat sărăcit de purtători mobili de sarcină, unde sunt prezenți atomi de impurități ionizate imobili (Fig. 3.1).
Orez. 3.1. Tranziția electron-gaură
Ionii staționari din stratul de epuizare creează sarcini electrice volumetrice de polaritate pozitivă și negativă. Aceasta creează un câmp electric de difuzie de putere E diff şi diferenţa de potenţial de contact k. Valoarea contactului
diferența de potențial depinde de concentrația impurității acceptoare
N / A, N D si temperaturi:
.
Grosimea stratului epuizat depinde și de concentrația de impurități:
,
Unde A– coeficient determinat de materialul semiconductor.
3.2. Curent prin p–n- tranziție
Prin p–n-curenti de tranzitie, reprezentand suma componentelor de difuzie si deriva. Curentul de difuzie este format din purtătorii principali de sarcină, pentru a căror mișcare câmpul de difuzie este întârziat. Creșterea curentului de difuzie crește puterea câmpului E diff, diferența de potențial de contact și bariera de potențial. Acest lucru duce la o scădere a curentului. În acest fel se stabilește echilibrul.
Curentul de deriva este format din purtători de sarcină minoritari, pentru care câmpul de difuzie se accelerează.
În starea de echilibru, suma curenților de difuzie și de deriva este zero:
eu dif + eu dr = 0.
3.3. Conexiune directa p–n-tranziție
O conexiune directă este aceea în care câmpul creat de o tensiune externă este îndreptat împotriva câmpului de difuzie (Fig. 3.2).
Orez. 3.2. Conexiune directa p–n-tranziție
Ca urmare, diferența de potențial de contact scade, bariera de potențial scade și curentul purtătorilor majoritari de sarcină prin joncțiune crește.
3.4. Comutare inversă p – n-tranziție
Comutare inversă p – n-tranzitia se caracterizeaza prin faptul ca intensitatea campului creat de tensiunea externa coincide in directie cu intensitatea campului de difuzie(Fig. 3.3).
Orez. 3.3. Comutare inversă p–n-tranziție
Ca urmare, diferența de potențial de contact crește, bariera de potențial crește și curentul purtătorilor majoritari de sarcină prin joncțiune scade.
3.5. (caracteristica volt-tensiune)
idealizat p–n- tranziție
Caracteristici volt-amper p–n-tranzitia este dependenta curentului prin jonctiune de tensiunea aplicata acesteia.
Idealizare p–n-tranziţia constă în acceptarea următoarelor
ipoteze.
1. Zone adiacente tranziției pȘi n caracterizat prin zero rezistivitate. Prin urmare, tensiunea externă este aplicată direct p–n- tranziție.
2. În zonă p–n-tranziție nu există procese de generare și recombinare a purtătorilor de taxe gratuite. Apoi curentul prin joncțiune în funcție de tensiunea externă aplicată joncțiunii U extern, adică Caracteristica curent-tensiune poate fi descrisă prin formula Shockley:
,
Unde eu 0 – curent termic, care este creat de purtători minoritari de sarcină și depinde de trei factori:
1) concentrația purtătorilor de sarcină minoritari, invers proporțională cu concentrația de impurități;
2) band gap Than mai multe subiecte Mai puțin-
ea eu 0 ;
3) temperatura. Odată cu creșterea temperaturii, rata de generare a purtătorilor de sarcină crește și concentrația acestora crește.
3.6. Diagrama zonei (energiei).
p–n- tranziție
La U ext = 0. Stare de echilibru. Nivelul Fermi are aceeași valoare pentru întreaga structură (Fig. 3.4).
La U ext 0. Conexiune directă p–n-tranzitie (Fig. 3.5).
Orez. 3.4. Diagrama de benzi a echilibrului p–n-tranziție
Orez. 3.5. Schema zonei cu conexiune directa p-n-tranziție
La U ext 0. Comutare inversă p–n-tranzitie (Fig. 3.6).
Orez. 3.6. Diagrama zonei cu conexiune inversă p–n-tranziție
3.7. Diferențele dintre caracteristicile reale curent-tensiune
și idealizat p–n-tranzitii
Real p–n-tranziţiile sunt, de regulă, asimetrice. În acest caz, concentrația de impurități într-o zonă depășește concentrația de impurități din alta. Regiunea cu o concentrație mai mare se numește emițător, iar regiunea cu o concentrație mai mică se numește bază. O concentrație mai mică de impurități înseamnă o conductivitate electrică mai mică și o rezistivitate mai mare. Prin urmare, în realitate p–n- în timpul tranzițiilor, neglijați specificul
rezistența de bază nu este posibilă. Circuit echivalent al realului
p–n-tranziția arată ca (Fig. 3.7).
Orez. 3.7. Circuit echivalent al realului p–n-tranziție
A doua diferență între real p–n-tranziţia de la cel idealizat este prezenţa în stratul de epuizare a proceselor de generare şi recombinare a purtătorilor de sarcină. Prin urmare, atunci când este pornit din nou, curentul prin joncțiune nu este constant, ci depinde de tensiunea aplicată joncțiunii (Fig. 3.8).
Orez. 3.8. Diferența dintre caracteristica curent-tensiune reală p–n-trecerea de la idealizat
A treia diferență este prezența fenomenului de defalcare la
comutare inversă p–n-tranziție.
3.8. Dărâma p–n-tranziție
Defalcarea apare ca creștere bruscă curent prin
p–n-tranzitie cu o usoara modificare a tensiunii inverse aplicate.
Există trei tipuri de defalcare.
Defalcarea avalanșei - apare din cauza înmulțirii avalanșei a purtătorilor de sarcină minoritari prin ionizare prin impact. Tensiunea la care apare crește odată cu creșterea temperaturii (Fig. 3.9).
Orez. 3.9. CVC în timpul defecțiunii avalanșei
Defalcarea tunelului are loc din cauza tranziției electronilor de la o stare legată la o stare liberă, fără a le oferi energie suplimentară. Odată cu creșterea temperaturii, tensiunea de avarie scade (Fig. 3.10).
Orez. 3.10. CVC în timpul defecțiunii tunelului p–n-tranziție
Defalcarea termică este o defecțiune, a cărei dezvoltare este cauzată de degajarea de căldură datorită trecerii curentului prin joncțiune. Spre deosebire de avalanșă și tunel, este ireversibilă, adică, ca urmare a unei defecțiuni, tranziția încetează să funcționeze. Odată cu creșterea temperaturii, tensiunea de avarie scade (Fig. 3.11).
Orez. 3.11. CVC în timpul defecțiunii termice p–n-tranziție
3.9. Dependență de VAC p–n-tranziție
asupra temperaturii
Odată cu creșterea temperaturii, curentul trece p–n- tranziția crește la pornirea directă datorită creșterii energiei purtătoare incarcare electrica, care datorită acestui lucru depășesc mai ușor bariera potențială.
Când este pornit din nou p–n-joncţiunea, cu creşterea temperaturii, curentul prin ea creşte datorită creşterii ratei de generare a purtătorilor de sarcină în tranziţie (Fig. 3.12).
Orez. 3.12. Dependență de VAC p–n-trecerea de la temperatură
3.10. Dependență de VAC p–n- trecerea de la materialul semiconductor
Caracteristici volt-amper p– n-tranzitia depinde de banda interzisa a diagramei energetice a materialului semiconductor.
Cu cât banda interzisă este mai mare, cu atât este mai mică rata de generare a energiei termice și cu atât concentrația de purtători minoritari care creează curent invers este mai mică. eu 0 . Prin urmare, curentul invers este mai mic.
Când este conectat direct p– n-curentul de tranziție prin acesta va fi mai mare, cu cât lățimea bandgap-ului este mai mică. Într-adevăr, curentul prin p– n-tranziţia este definită ca
.
Pe măsură ce valoarea crește, curentul eu 0 curentul scade eu scade de asemenea.
Pentru cele mai comune materiale semiconductoare Ge, Si și GaAs, caracteristicile curent-tensiune sunt legate după cum urmează (Fig. 3.13).
Orez. 3.13. Dependență de VAC p–n-tranziție
din material
3.11. Capacitate p–n-tranziție
În stratul de epuizare p– n-tranzitie exista sarcini spatiale care sunt formate din incarcaturile impuritatilor ionizate donatoare si acceptoare. Aceste sarcini sunt egale ca mărime și semne opuse. Prin urmare, stratul de epuizare este ca un condensator. Deoarece sarcinile determină bariera potențială, capacitatea se numește capacitatea de barieră. Valoarea sa este egală
Unde 
,
Unde S- pătrat p–n-tranziție, U– tensiune externă aplicată joncțiunii, n= 0,5 pentru o tranziție bruscă, n= 0,3 pentru o tranziție lină.
Dependența capacității barierei de tensiunea aplicată joncțiunii se numește caracteristică capacitate-tensiune (Fig. 3.14).
Când este conectat direct p–n-tranziția are loc procesul de injectare a purtătorilor de sarcină minoritari. În fiecare regiune apar concentrații în exces de purtători minoritari și, în conformitate cu condiția de neutralitate electrică, concentrațiile în exces de purtători majoritari sunt egale cu acestea. Astfel, în n-regiunile (ca într-un condensator) ajung cu o cantitate egală de sarcină pozitivă a găurilor în exces (purtători minoritari) și sarcină negativă a electronilor în exces (purtători majoritari). De asemenea p-regiunea se comportă ca un condensator cu o sarcină negativă a electronilor în exces (purtători minoritari) și o sarcină pozitivă egală a găurilor în exces (purtători majoritari).
Procesul de acumulare a sarcinilor în exces este de obicei caracterizat de capacitatea de difuzie, care ia în considerare modificarea purtătorilor în exces (găuri și electroni) în ambele regiuni atunci când tensiunea se modifică.
Capacitatea de difuzie este determinată de curenții de difuzie directe ai găurilor Ipși electroni eu n(de unde și denumirea capacității) și durata de viață a transportatorilor minoritari și:
.
Curenți de difuzie IpȘi eu n crește odată cu creșterea tensiunii directe p-n-tranziție și dispar rapid în timpul tranziției inverse. Prin urmare, dependența CU diferența de tensiune repetă aproximativ cursul ramurii directe a caracteristicii curent-tensiune p–n-tranziție.
Circuit echivalent p–n-joncțiunea, ținând cont de proprietățile sale capacitive, este prezentată în Fig. 3.15.
3.12. Contact metal-semiconductor
Contactele dintre semiconductor și metal sunt utilizate pe scară largă pentru a se forma terminale externe din câmpurile dispozitivelor semiconductoare și crearea de diode de mare viteză. Tipul de contact metal-semiconductor este determinat de funcția de lucru a electronilor din metal și semiconductor, de curentul de conducere al semiconductorului și de concentrația de impurități din acesta.
Funcția de lucru a electronilor este energia necesară pentru a transfera electronii de la nivelul Fermi în vârful benzii libere superioare.
Cu contact ideal între metal și semiconductor și fără a ține cont de stările de suprafață, electronii difuzează predominant din materialul cu funcție de lucru mai scăzută. Ca rezultat al difuziei și redistribuirii sarcinilor, neutralitatea electrică a zonelor adiacente interfeței este perturbată, apare un câmp electric de contact și o diferență de potențial de contact.
Unde A m, A n este funcția de lucru a electronilor care părăsesc metalul și semiconductorul.
Stratul de tranziție în care există un câmp electric de contact (sau difuzie) și care se formează ca urmare a contactului dintre un metal și un semiconductor se numește joncțiune Schottky.
În funcție de tipul de conductivitate electrică a semiconductorului și de raportul funcțiilor de lucru, în semiconductor poate apărea un strat epuizat sau îmbogățit. Dacă funcția de lucru într-un metal este mai mică decât funcția de lucru într-un semiconductor A m< A n, atunci este mai probabil ca electronii să se deplaseze de la metal la semiconductor. Acest lucru duce la formarea unui strat de epuizare în semiconductor dacă semiconductor p-tip, sau chiar un strat invers, dacă A m<< A n. Dacă semiconductorul n-tip, apoi se formează un strat îmbogățit.
În straturile epuizate, sarcina spațială se formează ca urmare a unei încălcări a compensării sarcinii impurităților ionizate de către purtătorii principali, iar în straturile îmbogățite - datorită acumulării purtătorilor de sarcină principali. Stratul îmbogățit determină o rezistență scăzută a regiunii de aproape contact a semiconductorului în comparație cu rezistența majorității semiconductorului. Prin urmare, o astfel de tranziție nu are proprietăți de rectificare și formează un contact ohmic. În prezența unui strat de epuizare sau invers, joncțiunea Schottky are proprietăți de redresare, deoarece tensiunea externă, căzând în principal la joncțiunea de înaltă rezistență, va modifica înălțimea barierei sale de potențial, modificând condițiile de trecere a purtătorilor de sarcină prin joncțiunea.
O trăsătură caracteristică a joncțiunii Schottky rectificatoare, spre deosebire de p–n-tranziția este o înălțime diferită a barierelor de potențial pentru electroni și găuri. Ca rezultat, este posibil ca injectarea purtătorilor de sarcină minoritari în semiconductor să nu aibă loc prin joncțiunea Schottky. Prin urmare, nu se acumulează și nu este nevoie de resorbția lor. De aici și performanța ridicată a joncțiunii Schottky.
Heterojoncții
O heterojuncție este un strat de tranziție cu un câmp electric de difuzie existent acolo între doi semiconductori cu compoziții chimice diferite.
Lățimea benzilor electrice ale diferitelor semiconductori este diferită. Prin urmare, la interfața dintre doi semiconductori (la contactul metalurgic al heterojoncțiunii), apare un decalaj în partea inferioară a benzii de conducere și în partea superioară a benzii de valență. Ca urmare a discontinuităților, înălțimea barierelor de potențial pentru electroni și găurile din heterojuncție se dovedește a fi diferită. Aceasta este o caracteristică a heterojoncțiilor, care determină proprietățile specifice ale heterojoncțiilor în contrast cu p–n-tranzitii.
Heterojoncțiile pot fi formate din semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate: p–n, p–p, n–n. În funcție de tipul de conductivitate și de banda interzisă a diagramelor energetice, curentul prin joncțiune poate fi determinat atât de electroni, cât și de găuri. De exemplu, prin contact germaniu p-tip si arseniura de galiu n-tip fluxuri de curent electronic în principal (Fig. 3.16).
Orez. 3.16. Diagrama de bandă a tranziției Ge ( p-tip) – GaAs ( n-tip)
Prin tranziția germaniului p-tip, arseniura de galiu p-tip fluxuri de curent în principal orificiu (Fig. 3.17).
Orez. 3.17. Diagrama de bandă a tranziției Ge ( p-tip) – GaAs ( p-tip)
Pentru a forma o heterojuncție de înaltă calitate, este necesar să se potrivească tipul, orientarea și perioada rețelelor cristaline ale semiconductoarelor de contact, astfel încât rețeaua cristalină a unui semiconductor să treacă în rețeaua cristalină a altui semiconductor cu un număr minim de încălcări. . Cele mai utilizate în dispozitivele semiconductoare sunt heterojoncțiunile dintre semiconductori pe bază de arsenide, fosfuri și antimonide de galiu și aluminiu. Datorită apropierii razelor covalente ale galiului și aluminiului, apar modificări în compoziția chimică a semiconductorilor într-o heterojuncție fără a modifica perioada rețelei. Heterojoncțiunile sunt create și pe baza soluțiilor solide multicomponente, în care perioada rețelei nu se modifică atunci când compoziția se modifică într-un interval larg.
3.14. Structura metal–izolator–semiconductor
Structurile metal-izolant-semiconductor (MIS) formează baza tranzistoarelor cu efect de câmp MIS, dispozitivelor fotovoltaice, condensatoarelor controlate de tensiune și sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în circuitele integrate.
Cea mai simplă structură MIS conține un cristal semiconductor - substrat, un strat dielectric, un electrod metalic - poartă și un contact ohmic cu substratul (Fig. 3.17).
Orez. 3.17. Cea mai simplă structură TIR
Structura are două ieșiri - o poartă și un contact la substrat și este un condensator MIS, a cărui capacitate depinde de tensiune. Uîntre poartă și plumbul substratului.
Tensiunea de poartă creează un câmp electric care pătrunde printr-un strat dielectric subțire (0,03...0,1 μm) în stratul aproape de suprafață al semiconductorului, unde modifică concentrația purtătorului. În funcție de valoarea tensiunii, se observă moduri de îmbogățire, epuizare sau inversare.
Circuitul echivalent al unei structuri MIS poate fi reprezentat prin conectarea a doi condensatori în serie C D– capacitatea dielectrică şi Cu g:
unde J p este densitatea de sarcină a ionilor de impurități necompensați și a purtătorilor de sarcină mobili din semiconductor, j pov este tensiunea din stratul de suprafață al semiconductorului, S– zona portii.
Cea mai utilizată structură MIS este bazată pe siliciu, unde dielectricul este dioxid de siliciu, iar poarta este o peliculă de aluminiu.
Informații conexe.
Pe baza capacității lor de a conduce curentul electric, solidele au fost inițial împărțite în conductori și dielectrici. Mai târziu s-a observat că unele substanțe conduc curentul electric mai rău decât conductorii, dar nici nu pot fi clasificate ca dielectrici. Ele au fost separate într-un grup separat de semiconductori. Diferențele caracteristice între semiconductori și conductori:
- Dependența semnificativă a conductivității semiconductorilor de temperatură.
- Chiar și o cantitate mică de impurități are o influență puternică asupra conductivității semiconductorilor.
- Influența diferitelor radiații (lumină, radiații etc.) asupra conductivității acestora. Conform acestor caracteristici, semiconductorii sunt mai aproape de dielectrici decât de conductori.
Pentru producția de dispozitive semiconductoare, se utilizează în principal arseniura de germaniu, siliciu și galiu. Germaniul este un element rar împrăștiat în natură, în timp ce siliciul, dimpotrivă, este foarte comun. Cu toate acestea, nu se găsește sub formă pură, ci doar sub formă de compuși cu alte elemente, în principal oxigen. Arseniura de galiu este un compus din arsen și galiu. A început să fie folosit relativ recent. În comparație cu germaniul și siliciul, arseniura de galiu este mai puțin susceptibilă la temperatură și radiații.
Pentru a înțelege mecanismul de funcționare al dispozitivelor semiconductoare, trebuie mai întâi să vă familiarizați cu conductivitatea în semiconductori și cu mecanismul de formare a p
-n tranziții.Cele mai utilizate semiconductori sunt germaniul și siliciul. Ele aparțin grupei IV a sistemului periodic Mendeleev. Învelișul exterior al unui atom de germaniu (sau siliciu) conține 4 electroni de valență. Fiecare dintre ele formează legături covalente cu cei patru atomi vecini. Sunt formați din doi electroni, fiecare aparținând unuia dintre atomii vecini. Legăturile pereche-electron sunt foarte stabile, prin urmare fiecare pereche de electroni este legată ferm de perechea sa atomică și nu se poate mișca liber în volumul semiconductorului. Acest lucru este valabil pentru un semiconductor pur chimic situat la o temperatură apropiată de 0 K
(zero absolut). Pe măsură ce temperatura crește, atomii semiconductorului încep să sufere o mișcare vibrațională termică. Energia acestei mișcări este transferată electronilor, iar pentru unii dintre ei este suficient să se desprindă de atomii lor. Acești atomi se transformă în ioni pozitivi, iar electronii detașați se pot mișca liber, adică. devin purtători de curent. Mai exact, plecarea unui electron duce la ionizarea parțială a 2 atomi vecini. Singura sarcină pozitivă care apare în acest caz ar trebui să fie atribuită nu unui atom sau altuia, ci încălcării legăturii pereche-electron lăsată de electron. Absența unui electron într-o legătură se numește gaură. Gaura are o sarcină pozitivă egală în valoare absolută cu sarcina electronului. Gaura poate fi ocupată de unul dintre electronii legăturii vecine, iar în legătura vecină se formează o gaură. Tranziția unui electron de la o legătură la alta corespunde mișcării unei găuri în direcția opusă. În practică, este mai convenabil să se ia în considerare mișcarea continuă a unei sarcini pozitive decât mișcarea secvențială a electronilor de la o legătură la o legătură. Conductibilitatea, care apare în volumul unui semiconductor din cauza întreruperii legăturilor, se numește propria conductivitate. Există două tipuri de conductivitate: n - tip și p - tip (din cuvintele negativ - negativ, pozitiv - pozitiv). Conductivitatea de tip n se numește electronică, iar conductivitatea de tip p se numește conductivitate în găuri.
Rețineți că încălcarea legăturilor de valență poate apărea nu numai din cauza energiei termice, ci și din cauza energiei luminoase sau a energiei câmpului electric.
Tot ceea ce am considerat se aplică semiconductorilor puri, adică. la semiconductori fără impurități. Introducerea impurităților modifică proprietățile electrice ale semiconductorului. Atomii de impurități din rețeaua cristalină ocupă locurile atomilor principali și formează legături perechi de electroni cu atomii învecinați. Dacă un atom al unei substanțe aparținând grupei V a sistemului periodic de elemente (de exemplu, un atom de arsen) este introdus în structura unui semiconductor pur (germaniu), atunci acest atom va forma, de asemenea, legături cu atomii de germaniu învecinați. Dar atomii din grupa V au 5 electroni de valență pe învelișul lor exterior. Patru dintre ele formează legături electronice perechi stabile, iar al cincilea va fi de prisos. Acest electron în exces este legat de atomul său mult mai slab, iar pentru a-l smulge de atom este nevoie de mai puțină energie decât pentru a elibera un electron dintr-o legătură pereche-electron. În plus, transformarea unui astfel de electron într-un purtător de sarcină liber nu este asociată cu formarea simultană a unei găuri. Pierderea unui electron din învelișul exterior al unui atom de arsen îl transformă într-un ion pozitiv. Apoi putem vorbi deja despre ionizarea acestui atom; această sarcină pozitivă nu se va mișca, adică. nu este o gaură.
Odată cu creșterea conținutului de arsenic într-un cristal de germaniu, numărul de electroni liberi crește fără a crește numărul de găuri, așa cum a fost cazul conductivității intrinseci. Dacă concentrația de electroni depășește semnificativ concentrația de gaură, atunci principalii purtători de curent vor fi electronii. În acest caz, semiconductorul se numește semiconductor de tip n. Acum să introducem un atom din grupa III, de exemplu, un atom de indiu, în cristalul de germaniu. Are trei electroni de valență. Formează legături stabile cu trei atomi de germaniu. A patra legătură rămâne goală, dar nu poartă o sarcină, astfel încât atomul de indiu și atomul de germaniu adiacent rămân neutre din punct de vedere electric. Chiar și cu o ușoară excitație termică, un electron de la una dintre legăturile electronice perechi învecinate se poate muta în această a patra legătură.
Ce se va intampla? Un electron suplimentar va apărea în învelișul exterior al indiului, iar atomul se va transforma într-un ion negativ. Neutralitatea electrică în conexiunea pereche-electronic de la care provine electronul va fi perturbată. Va apărea o sarcină pozitivă - o gaură în această conexiune ruptă. Pe măsură ce conținutul de indiu crește, numărul de găuri va crește și vor deveni principalii purtători de încărcare. În acest caz, semiconductorul se numește semiconductor de tip p.
Tranziția electron-gaură (joncțiunea p – n).
O joncțiune p–n este o regiune situată la interfața dintre găurile și regiunile de electroni ale unui cristal. Tranziția nu este creată prin simpla contact a plăcilor semiconductoare de tip p și n. Este creat într-un singur cristal prin introducerea a două impurități diferite, creând regiuni de electroni și găuri în el.
Fig.1. Mecanismul de formare și acțiune a joncțiunii p – n.
a – purtători majoritari și minoritari în regiunile semiconductoare.
b – formarea unei joncțiuni p–n.
c – sensul curgerii curentului de difuzie și curentului de conducere.
d – joncțiunea p–n sub influența tensiunii externe inverse.
1 – electroni; 2 – gauri; 3 – interfață; 4 – ioni imobili.
Să considerăm un semiconductor în care există două regiuni: electron și gaură. În primul există o concentrație mare de electroni, în al doilea există o concentrație mare de găuri. Conform legii egalizării concentrației, electronii au tendința de a se deplasa (difuza) din regiunea n -, unde concentrația lor este mai mare, către regiunea p -, în timp ce găurile fac invers. Această mișcare a sarcinilor se numește difuzie. Curentul care apare în acest caz este difuziunea. Egalizarea concentrațiilor ar avea loc până când găurile și electronii sunt distribuite uniform, dar acest lucru este împiedicat de forțele câmpului electric intern emergent. Găurile care părăsesc regiunea p lasă atomi ionizați negativ în ea, iar electronii care părăsesc regiunea n lasă atomi ionizați pozitiv. Ca rezultat, regiunea găurii devine încărcată negativ, iar regiunea electronilor devine încărcată pozitiv. Între regiuni apare un câmp electric creat de două straturi de sarcini.
Astfel, în apropierea interfeței dintre regiunile de electroni și goluri ale semiconductorului, apare o regiune formată din două straturi de sarcini de semn opus, care formează așa-numita joncțiune p–n. Se stabilește o barieră potențială între regiunile p și n. În cazul în cauză, în interiorul joncțiunii p–n formate există un câmp electric E creat
două straturi de sarcini opuse. Dacă direcția electronilor care intră în câmpul electric coincide cu aceasta, atunci electronii sunt încetiniți. Pentru găuri este invers. Astfel, datorită câmpului electric rezultat, procesul de difuzie se oprește. FIGURA 1 arată că în ambele regiuni n- și p există purtători de taxe majoritari și minoritari. Purtătorii minoritari se formează datorită conductivității intrinseci. Electronii regiunii p, efectuând mișcare haotică termică, intră în câmpul electric al joncțiunii p-n și sunt transferați în regiunea n. Același lucru se întâmplă cu găurile din regiunea n. Curentul format din purtătorii majoritari se numește curent de difuzie, iar purtătorii minoritari se numesc curent de conducere. Acești curenți sunt direcționați unul către celălalt și, deoarece într-un conductor izolat curentul total este zero, ei sunt egali. Să aplicăm acum o tensiune externă joncțiunii cu un plus regiunii n - și un minus regiunii p. Câmpul creat de sursa externă va spori acțiunea câmpului intern al joncțiunii p–n. Curentul de difuzie va scădea la zero, deoarece electronii din regiunea n - și găurile din regiunea p - sunt transportați de la joncțiunea p - n către contactele externe, în urma cărora joncțiunea p - n se extinde. Prin joncțiune trece doar curentul de conducere, numit curent invers. Este alcătuit din curenți de conducție de electroni și orificii. Tensiunea aplicată în acest mod se numește tensiune inversă. Dependența curentului de tensiune este prezentată în figură.
Orez. Caracteristica curent-tensiune a joncțiunii p-n. 2 – ramură directă; 1 – ramură inversă.
Dacă se aplică o tensiune externă cu un plus regiunii p și un minus regiunii n, atunci câmpul electric al sursei va fi îndreptat către câmpul joncțiunii p-n și va slăbi efectul acestuia. În acest caz, curentul de difuzie (direct) (2) va crește. Acest fenomen stă la baza funcționării unei diode semiconductoare.
Marea majoritate a dispozitivelor semiconductoare moderne funcționează datorită fenomenelor care apar chiar la granițele materialelor care au diferite tipuri de conductivitate electrică.
Există două tipuri de semiconductori - n și p. O caracteristică distinctivă a materialelor semiconductoare de tip n este aceea că elementele încărcate negativ acționează ca purtători de sarcină electrică. electroni. În materialele semiconductoare de tip p, același rol îl joacă așa-numitele găuri, care sunt încărcate pozitiv. Ele apar după ce un atom este rupt electron, și de aceea se formează o sarcină pozitivă.
Monocristalele de siliciu sunt folosite pentru a produce materiale semiconductoare de tip n și p. Caracteristica lor distinctivă este un grad extrem de ridicat de puritate chimică. Este posibil să se schimbe semnificativ proprietățile electrice ale acestui material prin introducerea în el a impurităților care sunt destul de nesemnificative la prima vedere.
Simbolul „n” folosit în semiconductori provine de la cuvântul „ negativ» (« negativ"). Principalii purtători de sarcină în materiale semiconductoare de tip n sunt electroni. Pentru a le obține, în siliciu se introduc așa-numitele impurități donatoare: arsen, antimoniu, fosfor.
Simbolul „p” folosit în semiconductori provine de la cuvântul „ pozitiv» (« pozitiv"). Principalii purtători de taxe din ele sunt găuri. Pentru a le obține, în siliciu se introduc așa-numitele impurități acceptoare: bor, aluminiu.
Număr de liber electroni si numarul găuriîntr-un cristal semiconductor pur este exact același. Prin urmare, atunci când un dispozitiv semiconductor este într-o stare de echilibru, fiecare dintre regiunile sale este neutră din punct de vedere electric.
Să luăm ca punct de plecare că regiunea n este strâns legată de regiunea p. În astfel de cazuri, între ele se formează o zonă de tranziție, adică un anumit spațiu care este epuizat de sarcini. Se mai numeste si " strat de barieră", Unde găuriȘi electroni, suferă recombinare. Astfel, la joncțiunea a doi semiconductori care au diferite tipuri de conductivitate, o zonă numită joncțiune p-n.
În punctul de contact dintre semiconductori de diferite tipuri, găurile din regiunea de tip p urmează parțial în regiunea de tip n, iar electronii, în consecință, se mișcă în direcția opusă. Prin urmare, un semiconductor de tip p este încărcat negativ, iar un semiconductor de tip n este încărcat pozitiv. Această difuzie, totuși, durează numai până când câmpul electric care apare în zona de tranziție începe să interfereze cu acesta, rezultând în mișcare și e electroni, Și găuri se opreste.
În dispozitivele semiconductoare produse industrial pentru utilizare joncțiune p-n trebuie să i se aplice o tensiune externă. În funcție de polaritatea și magnitudinea ei, depinde comportamentul tranziției și curentul electric care trece direct prin ea. Dacă polul pozitiv al sursei de curent este conectat la regiunea p, iar polul negativ este conectat la regiunea n, atunci are loc conexiunea directă joncțiune p-n. Dacă polaritatea este schimbată, va apărea o situație numită comutare inversă. joncțiune p-n.
Conexiune directa
Când se realizează conexiunea directă joncțiune p-n, apoi sub influența tensiunii externe se creează un câmp în ea. Direcția sa față de direcția câmpului electric de difuzie intern este opusă. Ca rezultat, intensitatea câmpului rezultat scade, iar stratul de blocare se îngustează.
Ca rezultat al acestui proces, un număr considerabil de purtători de sarcină principale se deplasează în regiunea vecină. Aceasta înseamnă că din regiunea p în regiunea n va curge curentul electric rezultat găuri, iar în sens invers - electroni.
Comutare inversă
Când are loc comutarea inversă joncțiune p-n, atunci în circuitul rezultat puterea curentului este semnificativ mai mică decât în cazul conexiunii directe. Adevărul este că găuri din regiunea n vor curge în regiunea p, iar electronii vor curge din regiunea p în regiunea n. Puterea scăzută a curentului se datorează faptului că în regiunea p este puțin electroni, iar în regiunea n, respectiv, – găuri.
