Пусть слева находится Ge n -типа с концентрацией доноров NД (основные носители – электроны), а справа Ge р -типа с концентрацией доноров NА (основные носители – дырки). Обе области разделены перегородкой (рис.4.17).
Рис. 4.17
При не слишком низких температурах концентрации электронов в n -области nn0 и дырок в р -области рр0 практически равны:
Имеются также неосновные носители: в n -области дырки рn0; в р -области электроны nр0. Их концентрацию можно определить из закона действующих масс:
(4.28)
где ni – концентрация носителей в собственном п/п.
При NД= NА = 1022 м-3, ni = 1019 м-3 получаем рn0=nр0 = 1016 м-3.
Концентрация дырок в р -область на 6 порядков выше их концентрации в n -область. Концентрация электронов в n -область на 6 порядков выше их концентрации в р -область.
Уберем перегородку (рис.4.18). Из-за разности концентраций возникают диффузионные потоки: электронов из n -области в р -область (nn→p); дырок из р -области в n -область (рp→n).
Части п/п, из которых диффундировали заряды заряжаются:
|
|
n – область - положительно; р -область – отрицательно.
Диффузия продолжается, пока поднимающийся μр не уровняется с опускающимся μn. При этом устанавливается равновесие потоков:
| |||
Уход электронов из приконтактной n -области формирует неподвижный положительный объемный заряд ионизированных атомов донорной примеси толщиной dn. Аналогично в р - области - dр. Между ними образуется контактная разность потенциалов, создающая в р-n переходе потенциальный барьер:
|
Этот барьер препятствует переходу электронов из n в р -области и дырок из р в n -область. При nn0= 1022 м-3, nр0 = 1016 м-3 и Т=300 К φ≈ 0,45 эВ.
Если преобразовать рис. 4.18, изобразив энергетическую диаграмму относительно выпрямленного уровня Ферми μ, то получится энергетическая диаграмма, обычно применяемая при рассмотрении работы p-n перехода (рис.4.19).
Рис.4.19