Рассмотрим явления, которые происходят при соприкосновении двух полупроводников. Наибольший практический интерес представляет контакт двух полупроводников с разными типами примесной проводимости. Этот контакт является основой работы полупроводниковых приборов.
Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом (р - n -переход). Он может быть осуществлен в одном и том же кристалле полупроводника, если в нем из соответствующих примесей созданы области различной (n и р) проводимости. Обычно области различной проводимости полупроводника создают либо обработкой однородных монокристаллов, либо при выращивании монокристаллов.
Соприкосновение двух полупроводников с разными типами проводимости в результате перемещения электронов и дырок через поверхность раздела приводит к образованию двойного электрического слоя. Электроны из n -полупроводника переходят в p -полупроводник, дырки же перемещаются в противоположном направлении (см. рис.).
В области ab n -полупроводника образуется избыточный положительный заряд, в области bc на р -полупроводнике – избыточный отрицательный заряд. Двойной слой, обедненный подвижными носителями заряда, создает контактное электрическое поле с напряженностью Е пр и некоторой разностью потенциалов на его границах. Это поле препятствует дальнейшему переходу носителей заряда: электронов слева направо и дырок – справа налево. При определенной толщине электронно-дырочного перехода наступает состояние равновесия. Толщина l слоя р - n -перехода в практически важных полупроводниках (германий, кремний, теллур) имеет величину от 10–4 до 10–5 см. Контактная разность потенциалов, представляющая собой потенциальный барьер для подвижных носителей заряда, составляет несколько десятых вольта.
Электроны и дырки могут преодолеть такую разность потенциалов лишь при температуре в несколько тысяч градусов. Поэтому электроны и дырки полупроводников при обычных температурах не могут проникнуть в равновесный контактный слой, который является запирающим слоем, обладающим повышенным сопротивлением.
Рассмотрим влияние внешнего электрического поля на свойства р - n -перехода. Для этого включим контактирующие между собой р - и n -полупроводники в цепь источника электрической энергии.
В случае, изображенном на рисунке, внешнее электрическое поле будет усиливать поле контактного слоя и приведет к возрастанию потенциального барьера для электронов и дырок, переходящих через контакт. Вместе с тем внешнее поле вызовет движение электронов в n -полупроводнике и дырок в р -полупроводнике в стороны, противоположные от контакта. Это приведет к увеличению толщины запирающего слоя и росту его сопротивления. Направление внешнего поля, при котором расширяется запирающий слой, называется запирающим: в этом направлении ток практически не проходит через контакт двух полупроводников.
Если изменить полярность приложенного внешнего напряжения, то внешнее электрическое поле будет направлено противоположно полю контактного слоя. Число подвижных носителей заряда в области контакта будет возрастать. Этому способствует встречное движение электронов и дырок, которые перемещаются под действием внешнего поля из глубины полупроводников к границе p - n -перехода (см. рис.).
Толщина l контактного слоя и его сопротивление при этом уменьшаются. Следовательно, ток может более или менее свободно проходить через p - n -переход в направлении от p - к n -полупроводнику. Это направление принято называть пропускным. Таким образом, контакт двух примесных полупроводников с разными знаками носителей заряда обладает односторонней проводимостью. Полупроводниковое устройство, содержащее один p - n -переход, называется полупроводниковым диодом.