Диффузионные и дрейфовые токи в p-n переходе

Как отмечалось, диф­фу­зия  электронов из п-области полупроводника в р-об­­­­ласть и дырок из р-области в п-об­­­­ласть полупроводника, явяется причиной появления диффузионного тока основных носителей, протекающего через границу полупроводниковых сред. В одномерном случае плотность этого диффузионного тока jдиф (в дальнейшем – тока) равна:

jдиф= jдиф.n+ jдиф.p =,                (4.6)

где jдиф.n и jдиф.p  – электронная и дырочная составляющие диффузионного тока;   и  - градиенты концентраций электронов в n-области и дырок в p-области полупроводника, 1/м4 вдоль координаты x;  Dn и Dp – коэффициенты диффузий электронов и дырок, м2/c; q – заряд носителя тока, Кл.

Направление диффузионного тока совпадает с направлением диффузии дырок  (рис. 4.2, б). В дальнейшем попавшие в n-область полупроводника неосновные носители тока - дырки рекомбинируют с с основными носителями тока - электронами, а в p-области электроны рекомбинируют с основными носителями тока – дырками. При этом неосновные носители заряда проходят путь, который называется диффузионной длиной.

Диффузионные длины дырок в n-области полупроводника и электронов в p-области выражаются, соответственно, соотношениями и , где τp и τn – времена жизни дырок в n-области и электронов в p-области, соответственно.

Потенциальный барьер jк препятствует перемещению основных носителей тока, но не препятствует движению через переход неосновных носителей, имеющихся в p- и n-областях. Эти неосновные носители тока, имеющие энергию теплового происхождения, генерируются в объёме полупроводника и, дрейфуя к p-n переходу, захватываются его электрическим полем E.

Дрейфовый ток  неосновных носителей равен

jдр = jдрn+ jдрp ,

где jдрn и jдрp – электронная и дырочная составляющие этого тока.

Этот ток очень мал, так как концентрация неосновных носителей мала и по своему направлению он противоположен току диффузии jдиф (рис. 4.2, б).

Поскольку через изолированный полупроводник ток проходить не должен, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие и  общий ток через p-n переход равен

j=jдиф - jдр  = 0.                                          (4.7)

Таким образом, без приложения внешнего напряжения два встречно-направ­лен­ных потока носителей тока компенсируют друг друга.

Характерной особенностью зонной диаграммы p-n пе­ре­хо­­­да яв­ляется изгиб границ энергетических зон в n- и p-об­ла­с­тях по­­лу­про­водника. Причиной изгиба зон является  по­яв­­­ле­ние в p-n пе­­­­ре­ходе контактной разности потенциалов jк. При этом в обед­нен­ной основными носителями и, со­ответственно, более по­ло­жи­те­ль­но за­­ря­женной приконтактной об­ласти n-полу­про­вод­ника, границы зо­­ны про­­водимости jс и валентной зоны jv из­ги­баются вверх,  а в отрицательно заряженной приконтактной об­ласти p-по­лу­про­во­­­дника границы зон изгибаются вниз (рис. 4.2, б).

 

Hosted by uCoz