После контакта
До контакта
|
|
|
Зона про- |
|
Зона про- |
Зона про- |
|
водимости |
Зона про- |
|
|
водимости |
водимости |
εn |
|
водимости |
|
Донорные |
|
|
|
µp |
|
µn |
|
уровни |
|
εp |
Акцепторные уровни |
|
|
|
|
|
|
Валентная |
|
|
|
Валентная |
|
|
|
зона |
|
|
|
зона |
Валентная |
Валентная |
|
|
|
|
|
зона |
зона |
|
|
|
В полупроводнике n-типа много свободных электронов, а в полупроводнике p-типа их нет – там дырки. В результате этого электроны из n-полупроводника диффундируют в p-полупроводник. Процесс продолжается до тех пор, пока не выровняются химические потенциалы. На p-n-переходе дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, образуя слой, обеднённый носителями заряда и обладающий большим сопротивлением. После выравнивания химических потенциалов полупроводник p-типа заряжается отрицательно, а полупроводник n-типа – положительно. На p-n-переходе для электронов и дырок образуется потенциальный барьер, который в равновесном состоянии они не могут преодолеть. Если подключить внешнее поле, то оно может либо уменьшить высоту барьера, либо увеличить её.
|
p-n-переход |
|
|
φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
φB |
p |
|
n |
|
x |
|
|
x |
|
φA |
|
Wп (для электрона, у кото- |
|
Wп |
|
рого заряд меньше 0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(для дырки, у которой |
|
|
|
|
заряд больше 0) |
|
|
x |
|
x |
|
Прямое включение p-n-перехода |
|
µА |
|
|
Wп |
|
φ |
|
(для электрона) |
|
Eвнеш |
|
x |
e |
p |
n |
|
|
|
|
|
Eвнутр |
|
|
|
x |
Высота потенциального барьера уменьшается (как для электронов, так и для дырок) и в цепи идёт электрический ток.
Обратное включение p-n-перехода
|
|
|
Wп |
|
µА |
φ |
(для электрона) |
|
|
|
|
|
Eвнеш |
|
|
x |
p |
n |
|
|
e |
Eвнутр |
|
|
x |
Высота потенциального барьера увеличивается (как для электронов, так и для дырок). Ток не идёт.
Таким образом, p-n-переход обладает односторонней проводимостью и может выполнять роль диода в электронных схемах.
Вольтамперная характеристика p-n-перехода
I (ток)
|
Обратное включение |
Прямое включение |
|
U (разность потенциалов) |
|
|
|
|
|
|
Пробой
IV. Внутренний фотоэффект
Нет освещения.
µА
полупроводник
Зона проводи- εg мости пуста
Валентная зона
Тока нет.
V. Фотогальванический эффект
На полупроводник падает свет.
µА
hν
εg
При hν > εg электроны перебрасываются в зону проводимости и сопротивление полупроводника резко уменьшается (появляются носители тока). В цепи течёт ток.
На p-n-переходе образуется внутренняя контактная разность потенциалов, однако она не создаёт тока в замкнутой цепи, так как эта область обеднена носителями тока. При освещении p-области образуются электроны и дырки (процесс, обратный рекомбинации). Скатываясь с потенциальной горки, электроны создают ток. Дырки скатиться не могут, для них это барьер, но зато своим присутствием они повышают высоту потенциальной горки.
§ 9. Электропроводность газов
Прохождение электрического тока в газах называется газовым разрядом. Носители тока – электроны и ионы. Плотность тока
j = nev ,
где n – концентрация носителей, e – элементарный заряд, v – средняя дрейфовая ско-
рость электронов. Так как v ~ E, то v = u0E, где u0 – подвижность носителей. В резуль-
тате
j = ne(u0+ + u0− )E ,
где u0− – подвижность электронов, u0+ – подвижность ионов.
Проводимость в газах
Несамостоятельная проводимость
Носители тока создаются внешними источ-
никами (космические лучи, ионизирующее излучение и т. д.).
Самостоятельная проводимость
Носители тока образуются за счёт внутренних процессов в разряде (электронный удар, термическая ионизация и т. д.),
I. Несамостоятельная проводимость
Пусть имеются два электрода, между которыми находится газ; l – расстояние между электродами, S – площадь электродов. Кроме того, имеется внешний источник ионизации определённой мощности. Рассмотрим две ситуации.
1. На электроды не подаётся напряжение.
В этом случае в газе идут два процесса.
Ионизация
∆ni – скорость образования пар носителей
числопар |
. Определяется мощностью ис- |
|
см |
3 |
с |
|
|
|
|
|
точника ионизации.
Рекомбинация
∆nr – скорость уничтожения пар носителейчислопар .
см3 с
lПусть n+ – концентрация положительных зарядов (ионов), n–
– концентрация отрицательных зарядов (электронов), n –
Газ |
концентрация пар носителей. Очевидно, что n+ = n– = n. |
SСкорость рекомбинации ∆nr определяется вероятностью встречи положительного и отрицательного заряда, а эта вероятность пропорциональна концентрации зарядов. Отсюда
Ионизирующее ∆nr ~ n+, ∆nr ~ n–, поэтому ∆nr ~ n2 или излучение
