p-n-перехід

p-n перехі́д (електронно-дірковий перехід) — область контакту напівпровідників p- та n-типу всередині монокристала напівпровідника, в якій відбувається перехід від одного типу провідності до іншого. Ця область характеризується одностороннім пропусканням електричного струму. На властивостях p-n переходів ґрунтується робота напівпровідникових діодів, транзисторів та інших електронних елементів з нелінійною вольт-амперною характеристикою.

p-n перехід у напівпровідниковому діоді.

Відкриття p-n переходу зазвичай відносять американському фізику Расселу Олу з Bell Labs.[1] Проте патент Ола було отримано лише в 1946 році, а перші західні публікації, присвячені p-n переходу, з'явилися ще роком пізніше. Натомість уже в 1941 році український фізик Вадим Лашкарьов опублікував роботу в якій методом термозонду було досліджено перші p-n переходи [2].

Фізичні принципи

Області просторового заряду
Схема виникнення областей просторового заряду

В напівпровіднику p-типу концентрація дірок набагато перевищує концентрацію електронів. В напівпровіднику n-типу концентрація електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Якщо між двома такими напівпровідниками встановити контакт, то виникне дифузійний струм — носії заряду, хаотично рухаючись перетікатимуть із тієї області, де їх більше у ту область, де їх менше. При такій дифузії електрони та дірки переносять із собою заряд. Як наслідок, область на границі стане зарядженою. Та область у напівпровіднику p-типу, яка примикає до границі розділу, отримає додатковий негативний заряд, принесений електронами, а погранична область в напівпровіднику n-типу отримає позитивний заряд, принесений дірками. Таким чином, границя розділу буде оточена двома областями просторового заряду протилежного знаку.

Електричне поле, яке виникає внаслідок утворення областей просторового заряду, спричиняє дрейфовий струм у напрямку протилежному дифузійному струму. Урешті-решт, між дифузійним і дрейфовим струмами встановлюється динамічна рівновага і перетікання зарядів припиняється.

Утворення переходу

Якщо прикласти зовнішню напругу таким чином, щоб створене нею електричне поле було направленим в протилежному напрямку до напрямку електричного поля між областями просторового заряду, то динамічна рівновага порушується, і дифузійний струм переважатиме дрейфовий струм, швидко наростаючи з підвищенням напруги. Таке під'єднання напруги до p-n переходу називається прямим зміщенням.

Якщо ж зовнішня напруга прикладена так, що створене нею поле є такого ж напрямку що і поле між областями просторового заряду, то це призводить лише до збільшення областей просторового заряду, й струм через p-n перехід не проходитиме. Таке під'єднання напруги до p-n переходу називається зворотним зміщенням.

Застосування

На властивостях p-n переходів ґрунтується робота численних напівпровідникових приладів: діодів, транзисторів, сонячних елементів, світлодіодів тощо.

Див. також

Примітки
  1. Riordan, Michael; Lillian Hoddeson (1988). Crystal fire: the invention of the transistor and the birth of the information age. USA: W. W. Norton & Company. с. 88–97. ISBN 0-393-31851-6.
  2. V.G.Lytovchenko, M.V.Strikha. 100 years of semiconductor science. The Ukrainian contribution // Europhysics News. – 2014. – v.45, n.1. – P.15-18.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.