P-n переход в неравновесном состоянии. Энергетическая диаграмма электронно-дырочного перехода

Энергетическую диаграмму электронно - дырочного перехода рассмотрим для 3-х случаев:

1. Внешнее электрическое поле отсутствует (равновесное состояние)

2. Внешнее электрическое поле совпадает с направлением диффузионного поля перехода.

3. Внешнее электрическое поле направлено противоположно диффузионному полю

перехода

Во 2-м и 3-м случаях говорят о прямом и обратном смещении р-п-перехода

На рис. 4.6.а изображена зонная диаграмма p-n перехода в равновесном состоянии.

Дрейфовый ток и диффузионный ток равны.

На рис. 4.6.б и 4.6.в соответствует случаю, если к p-n переходу приложить внешнее электрическое поле, т.е. подключить n и p области к источнику э.д.с.

Прямосмещенный переход

Напряженность результирующего поля на переходе уменьшится (внешнее и диффузионное поля разнонаправлены).

Е _рез = Е _зап - Е_внеш(4.13)

Дрейфовый ток уменьшится, а диффузионный ток увеличится, в результате чего, динамиче­ское равновесие нарушится и возникнет ток через р-n переход.

Высота потенциального барьера уменьшаетсяя и становится равной:

q(f_k - U_внеш) (4.14)

Ширина p-n перехода при этом уменьшается.

Т.к. потенциальный барьер снизится, то повы­сится число свободных электронов, прони­кающих из слоя n в слой р, и дырок из слоя р в слой n – в этом случае происходит инжекция неосновных носителей заряда.

а) б) в)

Рис. 4.6 Зонные диаграммы p-n перехода

Инжекция - появление в слое полупроводника неосновных носителей заряда. Этот ток называется прямым током, а включение р-n перехода - прямым включением.