ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД (р
- и-переход), область полупроводника, в к-рой имеет место пространственное
изменение типа проводимости (от электронной п к дырочной р).
Поскольку
в р-области Э.-д. п. концентрация дырок гораздо выше, чем в w-области,
дырки из р-области стремятся диффундировать в электронную область. Электроны
диффундируют в р-область. Однако после ухода дырок в р-области остаются
отрицательно заряженные акцепторные атомы, а после ухода электронов в "-области
- положительно заряженные донорные атомы. Т. к. акцепторные и донорные
атомы неподвижны, то в области Э.-д. п. образуется двойной слой пространственного
заряда - отрицательные заряды в р-области и положит, заряды в n-области
(рис. 1).

Возникающее при этом контактное электрич.
поле по величине и направлению таково, что оно противодействует диффузии
свободных носителей тока через Э.-д. п.; в условиях теплового равновесия
при отсутствии внеш. электрич. напряжения полный ток через Э.-д. п. равен
нулю. Т. о., в Э.-д. п. существует динамич. равновесие, при к-ром небольшой
ток, создаваемый неосновными носителями (электронами в р-области и дырками
в n-области), течёт к Э.-д. п. и проходит через него под действием контактного
поля, а равный по величине ток, создаваемый диффузией осн. носителей (электронами
в я-области и дырками в р-области), протекает через Э.-д. п. в обратном
направлении. При этом осн. носителям приходится преодолевать контактное
поле (потенциальный барьер). Разность потенциалов, возникающая между
р-
и
и-областями из-за наличия контактного поля (контактная разность потенциалов
или высота потенциального барьера), обычно составляет десятые доли
вольта.

Внешнее электрич. поле изменяет высоту
потенциального барьера и нарушает равновесие потоков носителей тока через
него. Если положит, потенциал приложен к р-области, то внеш. поле направлено
против контактного, т. е. потенциальный барьер понижается (прямое смещение).
В этом случае с ростом приложенного напряжения экспоненциально возрастает
число осн. носителей, способных преодолеть потенциальный барьер. Концентрация
неосновных носителей по обе стороны Э.-д. п. увеличивается (инжекция неосновных
носителей), одновременно в р- и и-области через контакты входят равные
количества осн. носителей, вызывающих нейтрализацию зарядов инжектированных
носителей. В результате возрастает скорость рекомбинации и появляется отличный
от нуля ток через Э.-д. п. При повышении приложенного напряжения этот ток
экспоненциально возрастает. Наоборот, приложение положит, потенциала к
п-области (обратное смещение) приводит к повышению потенциального барьера.
При этом диффузия осн. носителей через Э.-д. п. становится пренебрежимо
малой.

В то же время потоки неосновных носителей
не изменяются, поскольку для них барьера не существует. Потоки неосковных
носителей определяются скоростью тепловой генерации электронно-дырочных
пар. Эти пары диффундируют к барьеру и разделяются его полем, в результате
чего через Э.-д. п. течёт ток h (ток насыщения), к-рый обычно мал
и почти не зависит от приложенного напряжения. Т. о., зависимость тока
I через Э.-д. п. or приложенного напряжения U (вольтам-перная характеристика)
обладает резко выраженной нелинейностью (рис. 2). При изменении знака напряжения
ток через Э.-д. п. может меняться в 10⁵- 10⁶ раз.
Благодаря этому Э.-д. п. является вентильным устройством, пригодным для
выпрямления переменных токов (см. Полупроводниковый диод). Зависимость
сопротивления Э.-д. п. от U позволяет использовать Э.-д. п. в качестве
регулируемого сопротивления (вариатора).

При подаче на Э.-д. п. достаточно высокого
обратного смещения U = Uпри к-ром протекает большой обратный ток (рис. 2). Различают лавинный пробой,
когда на длине свободного пробега в области объёмного заряда носитель приобретает
энергию, достаточную для ионизации кристаллич. решётки, туннельный (зинеровский)
пробой, возникающий при туннелирова-нии носителей сквозь барьер (см. Туннельный
эффект), и тепловой пробой, связанный с недостаточностью теплоотвода
от Э.-д. п., работающего в режиме больших токов.

От приложенного напряжения зависит не только
проводимость, но и ёмкость Э.-д. п. Действительно, повышение потенциального
барьера при обратном смещении означает увеличение разности потенциалов
между п- и р-областями полупроводника и, отсюда, увеличение их объёмных
зарядов. Поскольку объёмные заряды являются неподвижными и связанными с
кристаллич. решёткой ионами доноров и акцепторов, увеличение объёмного
заряда может быть обусловлено только расширением его области и, следовательно,
уменьшением ёмкости Э.-д. п. При прямом смещении к ёмкости слоя объёмного
заряда (наз. также зарядной ёмкостью) добавляется т.
н. диффузионная
ёмкость, обусловленная тем, что увеличение напряжения на Э.-д. п. приводит
к увеличению концентрации неосновных носителей, т. е. к изменению заряда.
Зависимость ёмкости от приложенного напряжения позволяет использовать Э.-д.
п. в качестве варактора - прибора, ёмкостью к-рого можно управлять, меняя
напряжение смещения (см. Параметрический полупроводниковый диод).

Помимо использования нелинейности вольтамперной
характеристики и зависимости ёмкости от напряжения, Э.-д. п. находит многообразные
применения, основанные на зависимости контактной разности потенциалов и
тока насыщения от концентрации неосновных носителей. Их концентрация существенно
изменяется при различных внеш. воздействиях - тепловых, механических, оптических
и др На этом основаны различного рода датчики: темп-ры, давления, ионизирующих
излучений и т. д. Э.-д. п. использу; ется также для преобразования световой
энергии в электрическую (см. Солнечная батарея).

Э.-д. п. являются основой разного рода
полупроводниковых диодов, а также входят в качестве составных элементов
в более сложные полупроводниковые приборы - транзисторы, тиристоры
и
т. д. Инжекция и последующая рекомбинация неосновных носителей в Э.-д.
п. используются в светоизлучающих диодах и инжекционных лазерах.

Э.-д. п. может быть создан различными путями:
1) в объёме одного и того же полупроводникового материала, легированного
в одной части донорной примесью (р-область), а в другой - акцепторной (n-область);
2) на границе двух различных полупроводников с разными типами проводимости
(см. Полупроводниковый гетеропереход); 3) вблизи контакта полупроводника
с металлом, если ширина запрещённой зоны полупроводника меньше разности
работ
выхода полупроводника и металла; 4) приложением к поверхности полупроводника
с электронной (дырочной) проводимостью достаточно большого отрицат. (положит.)
потенциала, под действием к-рого у поверхности образуется область с дырочной
(электродной) проводимостью (инверсный слой).

Если Э.-д. п. получают вплавлением примесей
в монокристаллич. полупроводник (напр., акцепторной примеси в кристалл
с проводимостью и-типа), то переход от п- к р-области происходит
скачком (резкий Э.-д. п.). Если используется диф; фузия примесей, то образуется
плавный Э.-д. п. Плавные Э.-д. п. можно получать также выращиванием монокристалла
из расплава, в к-ром постепенно изменяют содержание и характер примесей.
ПОЛУЧИЛ распространение метод ионного внедрения примесных атомов,
позволяющий создавать Э.-д. п. заданного профиля. Лит.: С т и л
ь б а н с Л. С., Физика полупроводников, М., 1967; П и к у с Г. Е., Основы
теории полупроводниковых приборов, М., 1965; Федотов Я. А., Основы физики
полупроводниковых приборов, 2 изд., М , 1970; СВЧ-полупроводниковые приборы
и их применение, пер. с англ., М., 1972; Бонч-Бруевич В. Л., К а л а ш
н н к о в С. Г., Физика полупроводников, М., 1977. Э. М. Эпштеин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я