Fizikai folyamatok a p-n átmenetben
Tekintsük a fizikai folyamatokat egy sík pn csomópontban egyensúlyi állapotban, azaz. nulla átmeneti feszültségnél (7a. ábra) és olyan körülmények között, amelyeknél
- A p- és n-régiók közötti határfelületen nincsenek mechanikai hibák és egyéb vegyi anyagok zárványai;
- szobahőmérsékleten minden szennyező atom ionizálódott, azaz pp = Nn. nn = Nd;
- A pn csomópont határán a szennyeződés típusa hirtelen változik.
Mivel az n-régióban az elektronsűrűség sokkal nagyobb, mint a p-régióban való koncentrációjuk, és a p-régió lyukkoncentrációja sokkal nagyobb, mint az n-régióban (u, ahogy a 7b ábrán látható, akkor a félvezető interfész a mobil töltéshordozók (lyukak és elektronok) koncentrációjának különbsége (különbség) :.
Intézkedése alatt a díjak kiszélesednek a térségből, nagyobb koncentrációval a térségben alacsonyabb koncentrációval. A szabad hordozók irányított mozgását, amelyet egyenetlen eloszlásuk okoz a félvezető térfogatában, diffúziós mozgásnak nevezzük. Ez a töltési mozgás (a fő hordozók) a pn csomópont diffúziós áramát képezi, amely két komponenst tartalmaz: az elektron és a lyuk, amelynek sűrűségét a kapcsolatok határozzák meg
ahol Dn az elektron diffúziós együttható;
Dp a lyuk diffúziós együttható;
q az elektron töltés.
A diffúziós együttható azt mutatja meg, hogy a töltési hordozók mennyisége egységnyi területegységenként keresztezik az egységnyi időtartamot, amely merőleges a kiválasztott irányra, egy koncentráció-gradiens ebben az irányban egyenlő az egységgel.
A diffúziós áram áramlása következtében a határréteget mobil töltéshordozók veszítik el. Az n-típusú közelségben lévő régióban a donor-szennyező ionjai miatt kompenzálatlan, lassan mozgó pozitív töltés keletkezik, és a p-régióban az akceptor-szennyező ionja miatt negatív töltés következik be.
Így a p- és az n-régiók határainál felmerül a kettősrétegű térköz töltés, amelynek jelenléte olyan elektromos mező kialakulását eredményezi, amelynek intenzitása egyenlő Edifel. Ez a mező megakadályozza a diffúziós áram további áramlását (a fő hordozók áramát). Mivel a kimerülési rétegnek alacsony az elektromos vezetőképessége (gyakorlatilag nincs benne mobil töltés hordozó), úgy hívják blokkoló réteget vagy térfelvevő régiót.
A félvezető n- és p-régióiban a fő hordozókon kívül az n-régióban és az p-régióban lévő elektronok nem bázikus lyukak vannak. A nem alap hordozók hőmozgást hajtanak végre (drift), és átköltöznek a pn csomópont blokkoló rétegére. Mozgásukat mobilitás jellemzi # 956;. A mobilitás egyenlő az átlagos sebességgel. amelyet a töltőhordozók egy elektromos mező hatásával kapnak, amelynek feszültsége E = 1 V / m.
A pn csatlakozási mező gyorsul a kisebbségi töltéshordozók számára. Az elektronokat (a p-régió kisebbségi hordozói) közelítik meg az átmenethez, amelyet elektromos mező veszi fel, és átkerülnek az n-régióba és az n-régió lyukaiba a p-régióba. A kisebbségi hordozók sodródása okozza az áramlásáram elektron és lyuk összetevõinek megjelenését, amelynek sûrûségét a kapcsolatok határozzák meg:
ahol n az elektronok száma;
p a lyukak száma.
A kisebbségi hordozók által termelt sodrási áram teljes sűrűségét hőáramnak nevezik, és egyenlő:
Szobahőmérsékleten a fő töltőhordozók némelyikének elegendő energiája van ahhoz, hogy leküzdje a gátréteg mezőjét, és elenyésző diffúziós áram folyik. Ezt az áramot kiegyenlíti a sodródási áram. Ezért külső mező hiányában az áramok termodinamikai egyensúlya a pn csomópontban van megállapítva. A diffúziós áramot a sodródási áram kiegyensúlyozza.