ЭДП при отсутствии напряжения

В результате того, что носители заряда в каждом ПП совершают беспорядочно тепловое движение, то происходит их диффузия из одного ПП в другой. Как и при любой другой диффузии, например, в газах или жидкостях, носители перемещаются оттуда, где их концентрация больше, туда, где их концентрация меньше. Т.о. из n-типа в ПП р-типа диффундируют электроны, а в обратном направлении из ПП р-типа в n-типа диффундируют дырки.

В результате диффузии носителей по обе стороны границы раздела двух ПП с различным типом электропроводности создаются объемные заряды различных знаков. В области n возникает объемный положительный заряд. Он образован главным образом положительно заряженными атомами донорной примеси и в небольшой степени – пришедшими в эту область дырками. Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси и, отчасти, пришедшими сюда электронами.

Между образовавшимися объемными зарядами возникает так называемая контактная разность потенциалов U_k = U_n – U_p, а следовательно, и электрическое поле с напряженностью Е_к, т.е. в р-n-переходе возникает потенциальный барьер, препятствующий диффузионному переходу носителей. Высота барьера равна контактной разности потенциалов и обычно составляет десятые доли вольта. Причем, чем больше концентрация примесей, тем выше концентрация основных носителей и тем больше их число диффундирует через границу. Плотность объемных зарядов возрастает и увеличивается контактная разность потенциалов U_к, т.е. высота потенциального барьера. При этом толщина р-n-перехода d (рис.1) уменьшается, так как соответствующие объемные заряды образуются в приграничных слоях меньшей толщины.

Рис.1 – Структурная схема и потенциальная диаграмма n-р перехода

Одновременно с диффузионным перемещением основных носителей через границу происходит и обратное перемещение носителей под действием электрического поля контактной разности потенциалов. Это поле перемещает дырки из n-области обратно в р-область и электроны из р-области обратно в n-область (дрейф). При постоянной температуре р-n-переход находится в состоянии динамического равновесия. Каждую секунду через границу в противоположных направлениях диффундирует определенное число электронов и дырок, а под действием поля столько же их дрейфует в обратном направлении. Перемещение носителей за счет диффузии – это диффузионный ток (I_диф), а движение носителей под действием поля – ток дрейфа (I_др). В установившемся режиме, т.е. при динамическом равновесии перехода, эти токи равны и противоположны по направлению. Поэтому полный ток через переход равен 0.

В р-n-переходе концентрация электронов и дырок плавно меняется от минимального значения к максимальному. В результате этого в средней части перехода образуется слой с малой концентрацией носителей (обедненный носителями слой). Соответственно и удельная электрическая проводимость р-n-перехода будет во много раз меньше, чем в остальных частях областей n и р. Таким образом, в р-n-переходе возникает слой, называемый запирающим и обладающий большим сопротивлением по сравнению с сопротивлением остальных объектов n- и р- ПП.