На рис.8 условно показан полупроводниковый кристалл, одна часть которого легирована акцепторный примесью (p-область), а другая донорной (n-область). На рис.8 обозначены неподвижные ионы примесей (Å- доноры,Q- акцепторы) и подвижные носители заряда (·- электроны,£- дырки). Неосновные носители заряда на рис.8 не показаны.
Так как p- иn-области созданы в одном кристалле, то на границе раздела возникают большие градиенты концентраций электронов и дырок, поддействий которых электроны будут диффундировать изn- вp-область, а дырки – изp-области вn.
| 
|
| а) в отсутствие внешнего поля | |
| 
|
| б) прямое включение | |
| 
|
| в) обратное включение | |
| Рис.8. Распределение носителей заряда в p-n-переходе | Рис.9. Энергетические зоны p-n-перехода |
После ухода основных носителей в пограничных областях полупроводника остаются электрически нескомпенсированнные ионы примесей: отрицательно заряженные акцепторы в дырочном полупроводнике, т.е. создаются области объёмного заряда, толщины которых обозначены 
и 
. Наличие этих неподвижных зарядов создаёт электрическое поле, называемое диффузионным, которое препятствует дальнейшему переходу носителей. Диффузионное поле приводит к изгибу энергетических зон полупроводника (рис.9а). Уровень Ферми устанавливается (при отсутствии внешнего поля) на одинаковой высоте вp- иn-областях. Для носителей возникает потенциальный барьер, высота которого равна 
(
- заряд электрона, 
- контактная разность потенциалов).
Рассмотрим, как изменится распределение зарядов в переходе, если к нему приложить внешнее электрическое поле. Пусть к p-области присоединён положительный полюс источника питания, а кn-области – отрицательный. Такое внешнее поле оказывается направленным противоположно диффузионному полю (рис.9 б). Высота потенциального барьера уменьшается на величину 
(
- напряжение), она станет равной 
. При этом основные носители в областяхp- иn-, имеющие наибольшую энергию, получают возможность проникать через запирающий барьер в области, где являются неосновными и рекомбинируют. Такое направленное движение носителей заряда является электрическим током, т.е.p-n-переход при данной полярности внешнего напряжения будет «открыт», и через него потечёт «прямой ток». Такое включениеp-n-перехода называется прямым.
Если подключить внешний источник так, что p-область окажется соединённой с «минусом», аn-область с «плюсом», то внешнее поле будет направлено так же, как и диффузионное (рис.8в). Высота потенциального барьера увеличивается, она станет равной 
. Через барьер смогут пройти только неосновные носители. Так как количество неосновных носителей значительно меньше, чем основных, ток через переход в этом случае будет мал по сравнению с тем, который получился при прямом включении. Это включение называется «обратным». При обратном включении переход «заперт» и через него течёт только малый ток неосновных носителей.
Список литературы
1. Атабеков Г.Н. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1978 г.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1978 г.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Издательский центр «Академия», 2004 г.
4. Немцов М.В. Электротехника и электроника. Издательство МЭИ, 2003 г.
5. Электротехника. / Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1985 г.