Контактные явления в полупроводниках

Контакт электронного и дырочного полупроводников

• Один и тот же полупроводник в одной части легирован донорами, а вдругой- акцепторами. В некоторой области кристалла происходит смена электропроводности с электронной на дырочную. Такой переход между материалами с электропроводностью n- и p- типа называется p-n переходом

• Предположим:
• Переход бесконечно узкий;
• Na>Nd (для определенности);
• Невырожденный полупроводник;
• Режим истощения примеси.

• Обозначим:
• В p-области концентрация дырок pp, а электронов np
• В n- области концентрация электронов nn, а дырок pn

• Тогда pp=Na, nn=Nd а в отсутствие вырождения

Контакт электронного и дырочного полупроводников

• Если привести в соприкосновение полупроводники разного типа проводимости, то в области контакта начинается диффузия: электроны из n-области диффундируют в p- область, и там рекомбинируют с дырками, а дырки диффундируют в n-область и там рекомбинируют с электронами. В результате этого область n-типа заряжается положительно, а p-область – отрицательно.
• Возникающее при этом электрическое поле сосредоточено вблизи границы p-и n-областей и направлено так, что препятствует диффузии. Поскольку это поле выталкивает свободные носители из пограничной области, на границе p- и n-областей возникает обедненный (свободными носителями) слой, в котором пространственный заряд формируется положительно заряженными донорами и отрицательно заряженными акцепторами.
• Перераспределение носителей продолжается до тех пор, пока не установится энергетический барьер, при котором в каждой точке p-n перехода дрейфовые токи носителей в электрическом поле не будут точно компенсировать их диффузионные токи.
• В состоянии термодинамического равновесия положение уровня Ферми во всем кристалле одинаково. Это позволяет найти высоту потенциального барьера и связанную с ней контактную разность потенциалов.