Всем привет.
На днях в сотый раз решил попробовать разобраться с тем, как работает транзистор, и обнаружил, что не знаю, как работает p-n переход.
Погуглил, но не помогло.
Знаете ли вы, как он работает? И если да - можете ли объяснить это всем здесь?
А если не знаете - знает ли вообще современная наука ответ на этот вопрос?

Заранее спасибо всем, кто примет участие в этом обсуждении.
Своим бывшим (закончившим физфак) сокурсникам задавал этот вопрос - никто мне так и не смог объяснить...

* Только не давайте ссылок, лучше своими словами объясните

Если учебник совсем тяжело читать, вот тут простыми словами хорошо описано - http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/134373/

Я это уже читал.
Не прокатило.
Я же просил, без ссылок, своими словами.

Хмм, какой-то троллинг имхо. Даже и в википедии написано вполне понятно.
Но попробую объяснить своими словами, мне не жалко.
Итак, в обычном полупроводнике концентрации электронов и дырок, которые могут нести ток, равны и довольно малы. Но кусок полупроводника можно обработать таким образом, чтобы в нем значительно повысилась концентрация свободных электронов (тогда его называют полупроводником n-типа) или дырок (тогда это полупроводник p-типа). При этом полупроводник остается электрически нейтральным (заряды электронов и дырок скомпенсированы зарядами ионов). Если два таких куска соединить вместе, то диффузия приведет к тому, что электроны из n-полупроводника будут перетекать в p-полупроводник, где будут рекомбинировать с дырками и наоборот. В результате у границы двух областей возникнет область с нескомпенсированным зарядом ионов (положительным в n-полупроводнике и отрицательным в p.) Эти ионы будут создавать электрическое поле, которое будет противодействовать дальнейшей диффузии (положительно заряженные дырки будут отталкиваться положительно заряженными ионами), и в итоге установится равновесие, когда никакие заряды никуда течь не будут, а будет поле. Теперь если приложить напряжение так, что оно будет создавать поле, сонаправленное с полем, созданным ионами, то ток течь по-прежнему не будет. Это обратное смещение (+ прикладывается к n-области, - к p-области). А если приложить достаточно большое напряжение другой полярности (прямое смещение), то в какой-то момент оно превысит разность потенциалов, созданную ионами, и потечет ток, если уж совсем на пальцах.

Спасибо Вам за ответ, у меня тут как раз назрело несколько вопросов в ходе чтения википедии.
Я изложу сейчас то, как я вижу этот процесс, с парой вопросов по ходу.

Получаем n-полупроводник: смешиваем в кастрюле много кремния и очень мало фосфора. В итоге получаем, что фосфор прогибается под кремний, и встраивается в его кристаллическую решетку. Поскольку фосфор расположен сразу после кремния в таблице, то энергетические уровни валентных электронов фосфора и валентных электронов кремния - совпадают, и со встраиванием их в единую решетку не будет никаких сложностей. Не знаю, что бы было, если бы смешали кремний и мышьяк (у которого валентные электроны на других оболочках) - как бы он там встроился или не встроился вообще... Можно пока оставить этот вопрос за скобками.

(Кстати, наверное, у электронов кристаллической решетки, в отличие от валентных электронов, уже другие уровни энергии. В данном случае можно это оставить за скобками, но чисто так, если подумать - наверняка уровни электронов как-то видоизменяются при встраивании в решетку)

Смешали. В итоге, лишний электрон фосфора не участвует в кристаллической решетке, но до сих пор привязан к ядру фосфора, и обладает той же самой энергией валентности.

Поскольку фосфор - полупроводник, то его зоны валентности и проводимости близки. При комнатной температуре все эти лишние электроны переходят в зону проводимости.
Остальные электроны, которые участвуют в кристаллической решетке, не могут перейти в зону проводимости, потому что решетка их крепко держит.

В p-полупроводнике - похожее, только там валентного электрона, наоборот, не хватает, и это эквивалентно образованию "дырки" (чисто абстрактное понятие).
Его получают, скажем, смешивая в кастрюле много кремния и очень мало еще какого-нибудь подходящего трехвалентного полупроводника (теперь уже не знаю, сможет ли он встроиться в решетку кремния легко и безболезненно).

Соединяем p-полупроводник и n-полупроводник вместе.
Поскольку оба полупроводника основаны на кремнии, то энергетические уровни решетки в них совпадают.

Под действием броуновского движения, лишние электроны из n-полупроводника переходят в p-полупроводник, и соединяются там с дырками.
А ядра, потерявшие эти электроны, никуда не деваются, и поэтому образуются положительные ионы фосфора и отрицательные ионы трехвалентного примесного полупроводника, которые создают электростатическое поле, препятствующее тепловому перемещению электронов в область дырок.

Соединим проводами такой p-n переход с батарейкой (плюс к p, минус к n).

Электроны выходят из отрицательного полюса батарейки.

Сразу попутно вопрос: каким образом электроны переходят из одного металла в другой?
Провод может быть медным, аллюминиевым, стальным - каким угодно.
Для того, чтобы электрон вошел из одного провода в другой провод, он должен обладать энергией, не меньшей энергии зоны проводимости того провода, в который входит.
Получается, у всех металлов зоны проводимости начинаются на одной высоте?
Иначе, если бы мы соединили один металл с другим, некоторые электроны из первого во второй могли бы и не пойти, так как им бы не хватало энергии на этот переход.
Правильно ли я здесь рассуждаю?

Идем дальше: электроны вышли из минуса батарейки, и вошли в проводник.
Дальше они идут по нему, до n-полупроводника.
И опять им нужно выйти из провода и войти в полупроводник.
Возникает такой же вопрос: всегда ли им хватает на это энергии?
Может ли случиться так, что зона проводимости провода лежит ниже зоны проводимости n-полупроводника, и электроны из провода в полупроводник будут идти с затруднением?

Идем дальше: электроны вошли из провода в n-полупроводник.
Идут по нему, и подходят к границе с p-полупроводником.
Поскольку батарейка создает поле, противоположное запирающему полю, то это запирающее поле слабеет, и электроны снова могут идти в область дырок (под действием поля батарейки).
Приходя в область дырок, они соединяются с ними.

Казалось бы, на этом ток мог благополучно прекратиться, и запирающее поле еще более укрепилось бы.
Однако, поскольку у нас в цепи есть движущее напряжение батарейки, то эти соединившиеся с дырками электроны продолжают идти своим путем, перескакивая с одной дырки на другую (как в игре "пятнашки").
Электроны будут переходить из одной дырки в другую, продолжая течь под действием приложенного напряжения, и область стыка обедняться не будет.
Дойдя до края p-полупроводника, электроны переходят обратно в провод, и обратно в батарейку.

Теперь подключим батарейку по-другому: плюс к n-полупроводнику, минус к p-полупроводнику.

Электрон выходит из минуса батарейки, входит в провод.
Идет по проводу, входит в p-полупроводник.
Под действием поля батарейки электрон идет по дыркам до p-n перехода.
На переходе он не может пройти, так как там нет свободных дырок, по которым можно было бы "проскочить" (все дырки на стыке забиты электронами из n-полупроводника, постоянно диффундирующими в область дырок под действием тепла).
И поэтому ток в цепи не идет.
Если же напряжение батарейки сделать очень сильным, то под таким встречным напряжением электроны из n-области в конце концов не смогут диффундировать в область дырок на стыке, и тогда по освободившимся дыркам сразу потечет в цепи ток - наступит "пробой".

Правильно ли я все описал?

На тему моего же вопроса о том, как электроны умудряются перемещаться из одного проводника в другой в цепи - один друг ответил:



ок, меня это объяснение всем устраивает.

Прекрасно. Только делокализация электронов - не обязательная часть-постулат модели, несколько затеняющая общность процессов.
Разные уровни потенциальной энергии имеют разные координаты в пространстве, поэтому переход электронов между ними всегда является перемещением в пространстве. Электроны всегда самопроизвольно переходят-падают с более высоких уровней на соседние свободные более низкие. Это их "естественное" движение. Если при этом они не теряют свою энергию (иногда такое случается), то тут же сами возвращаются назад, и исходная ситуация повторяется, приводя к колебаниям электрона вокруг точки равновесия. Но чаще они отдают энергию волнам световым-электромагнитным или звуковым-электронным и не могут вернуться назад, пока другие волны не помогут им своей энергией. Поскольку в веществе при ненулевой температуре всегда есть такие волны, то многие электроны время от времени оказываются на более высоких уровнях, чтобы через короткое время опять опуститься вниз. Устанавливается некоторое распределение электронов по энергиям, разное в разных веществах и из-за разного распрелеления-конфигурации свободных и занятых электронами уровней энергии, и из-за разного распрелеления-конфигурации волн в пространстве.
При контакте веществ электроны в среднем сдвигаются в сторону вещества с меньшей средней энергией электронов в нем, поэтому это вещество заряжается отрицательно, останавливая дальнейший переход электронов. А дальше электроны ведут себя в зависимости от их концентрации в веществах. Если количество подвижных электронов в веществе велико, то они легко переходят-"туннелируют" в обе стороны по тем же правилам при соответствующем изменении потенциалов на переходе, и практически не замечают его. Если же их количество мало, то они ведут себя в зависимости от их распределения по уровням, что и послужило предлогом для замены представления о некоторых электронах представлением о "дырках". В pn-переходе электроны и дырки могут легко перемещаться только навстречу друг другу ("+" на полупроводнике "р"-типа, "-" на полупроводнике "п"-типа), туннелмруя из металла электродов. В противоположном направлении двигаться не могут, так как уходят в электроды, а в другой стороне их очень мало в полупроводнике противополложного типа проводимости. Но при росте запирающего напряжения все большая часть этого малого количества доходит до перехода и уносится ним. Кроме того, уменьшается ширина "нейтральной" средней части pn-перехода, заполненной ранее рекомбинировавшими электронами и дырками, и начинается туннелирование носителей через сузившийся переход, а при дальнейшем повышении напряжения - и размножение достаточно энергичных носителей и лавинный пробой перехода. Все токи склонны к "шнурованию" - боковому сжатию, прямой меньше, обратные больше в основном за счет локального разогрева, генерации носителей и повышения электропроводности полупроводника. ТермоЭДС и эффекты Пельтье возникают не в самом переходе, а вблизи от него из-за разного распределения электронов по энергиям по разные стороны перехода.

Ничего не понял. Что значит "уменьшается ширина нейтральной средней части"? Во-первых, средняя часть как раз заряжена ионами, а нейтрально все остальное. Во-вторых, ширина этой заряженной средней части (обедненного слоя) увеличивается при увеличении обратного напряжения. Зинеровское туннелирование же возникает, когда ширина обедненного слоя мала из-за большой концентрации примесей. Из-за того что слой узкий, электрическое поле получается настолько большим, что вызывает ионизацию и высвободившиеся электроны и дырки дают ток. А если концентрация примесей не очень велика, обедненный слой широкий, и лавинный пробой начинается прежде Зинера.
2 kuchumovn
Отвечу позже, сейчас времени нет.

Отлично встраивается. Мышьяк активно используется в качестве донорной примеси. Есть технологические нюансы, но для локального легирования мышьяк в каком-то смысле даже предпочтительнее.
Спектры электронов в атомах и в твердом теле конечно же абсолютно разные, если ты это имеешь в виду. В твердом теле зоны, а в атомах дискретные уровни.
Зоны валентности и проводимости фосфора тут не имеют значения, потому что решетка состоит из кремния. Введение в нее атома фосфора приводит к появлению уровня чуть ниже зоны проводимости. При комнатной температуре электрон перебрасывается с этого уровня в зону проводимости тепловыми флуктуациями.
Если бы совпадали, то диод нельзя было бы сделать. В n-полупроводнике уровни сдвинуты вниз, а в p-полупроводнике вверх относительно энергии Ферми.
Под действием диффузии, а не броуновского движения. Это все-таки разные вещи. И дырки точно так же переходят в n-полупроводник и соединяются там с электронами.Опять неточность в терминах. Примесным полупроводником называется кремний, легированный донорными или акцепторными примесями, в противоположность собственному (intrinsic) полупроводнику (тому же кремнию, но не легированному ничем).

Контакты металл-полупроводник это отдельная тема. В зависимости от концентрации носителей в полупроводнике, может быть два случая: омический контакт или диод Шоттки. В первом случае барьера нет, и электроны перетекают без проблем, во-втором барьер есть и электроны перетекают с проблемами Ну то есть там образуется обедненный слой, целиком лежащий в полупроводнике (в металле электронов слишком много), и получается еще один диод (вдобавок к тому, который в p-n переходе). Когда делают реальные девайсы, конечно принимают меры, чтобы лишних диодов не было и делают омические контакты.
Под действием диффузии. Запирающее поле слабеет, но никогда не поворачивается в другую сторону. Обедненный слой всегда остается, и в самом контакте поле всегда направлено против тока.
Это не совсем так. В первом приближении все напряжение падает на обедненном слое. Ток в квазинейтральных областях (т.е. везде кроме обедненного слоя) поддерживается за счет инжекции носителей из батарейки.
Примерно так. За исключением опять же того, что дело не в поле батарейки, а в инжекции носителей.
Здесь ошибка. Обратное напряжение имеет ту же полярность, что и контактный потенциал, поэтому электронов продиффундирует на самом деле больше, и обедненный слой будет увеличиваться с увеличением напряжения. Но при этом, из-за тепловой генерации носителей будет всегда течь небольшой ток: если в обедненном слое сформировалась пара электрон-дырка, то электрон будет тут же притянут полем в n-область (там положительно заряженные ионы), а дырка в p (там отрицательные). Если напряжение достаточно большое, то обедненный слой достаточно широкий, и электрон за то время пока летит в n-область, может приобрести энергию, достаточную для того, чтобы выбить другие электроны. Тогда и возникнет лавинный пробой. Другой механизм пробоя - зинеровское туннелирование, о котором я писал выше.
Как-то так p-n переход и работает

Вся ли заряжена, а если заряжена, то какими ионами и какого знака?Вопрос тот же.И при микровольтах в прямом направлении?
Нет вопросов.

Вся заряжена: положительными донорами в n-части и отрицательными акцепторами в p.

Ответ тот же.

В обычных диодах нет, там небольшой ток из-за рекомбинации.

А в туннельных?

В туннельных туннелирование, вызванное большим запирающим напряжением. Но это вроде уже следующий уровень, мы тут говорили про обычные диоды?

Ладно.

Здравствуйте,

Хвала богам, что сущесвует такой замечательный форум и такая замечательнейшая тема.

Пожалуйста позвольте мне так же задать вопрос по PN-переходу, очень очень хочу понять, как же он работает.

Легирование полупроводника атомамми доноров и акцепторов можно опустить и сразу прейти к рассмотрению оброзования PN-перехода при технологическом обьединеии двух кристаллов полупроводника с разным типом проводимости:

Соединили два кристалика и вот тут началось: "Свободные" электроны атомов донора и собсвенные "свободные" электроны полупроводника (временные "свободные" электроны, которые получили порцию энергии - их меньшинство) начинают под дейстием градиента концентрации электронов двиаться в сторону, где концентрация "свободных" электронов меньше, то есть "свободные" электроны начинают перемещаться в N-область, рекомбинирую с дырками, то есть занимая разорвонную ковлентную связь в атоме полупроводника, то есть "дырку" (которая оброзовалась, когда атом акцептор перетенул на себя электрон).

И далее как я понимаю:

В N-области из за покинувших ее "свободных" электронов появляються положительные ионы доноров - образую обьемный положительных заряд, который должен притягивать электроны:

- электроны или ушедшие в P-область
-или "свободные" электроны, которые есть в N-области.

Но если бы электроны притягивались положительными ионами доноров, то тогда бы объемный положительный заряд превращался в нейтральный и никакого PN - переходы бы не было. Но PN-преход существует, и вот я не могу понять каким образом такое может быть ? Или это это какой то непрерывно динамический процесс двыижения элекронов туда-сюда, но тогда бы PN-переход не обладал бы электроческим полем, по крайней мере более менее стационарным.

Великодушно прошу пожалуйста помочь с обьяснением.

В p-область.

А он и притягивает. Вот только диффузию-то никто не отменял. В равновесии электростатическое поле компенсируется диффузией.

Спасибо за ответ.

1)Но все таки получаеться, электроны "уходят" из N-области в P-область, образуеться электрическое поле нескомпенированных доноров и акцепторов, электрон притягиваеться положительным зарядом N-области, тем самым уменьшая положительный заряд и ка кследствие силу электрического поля PN-прехода.


2)И все таки какие электроны притягиваються положительным зарядлм N-области - те, что ушли в P-область, или те которые были в N-области ?

1) Поток электронов и дырок равен сумме потоков, вызванных диффузией и электрическим полем. Эти два потока имеют разный знак, в равновесии суммарный поток равен нулю.
2) Все электроны, которые находятся в области действия поля. Поле равно нулю за пределами обедненного слоя, и в простейшем приближении линейно возрастает до максимума на контакте p-полупроводника и n-полупроводника. С другой стороны в этом же приближении считается, что в обедненном слое никаких электронов уже нет. То есть в состоянии равновесия поле ничего не притягивает.

По другому задам вопрос: Почему "свободные" электроны N-области посредством дфиффузии не устремляються в положительную часть N-область, тоесть туда где недостаток электронов (положительный объемный заряд)?

А куда направлено поле в этой области?

От плюса к минусу. То есть из положительной части N-области к отрицательной части P-области.

Правильно. Поэтому поле будет препятствовать диффузии электронов из квазинейтральной части n-области в положительную. Так же, как оно препятствует диффузии из n-области в p-область.

Силовые линии электрического поля направлены от N-области к P-облатсти, разве тогда электроны N-области не должны захватываться этим полем и переноситься тогда в P-область ?

Я как-то всю жизнь считал, что одноименные заряды отталкиваются, и электроны текут от минуса к плюсу. То есть против силовых линий.

Вот это я прогнал. Sorry.

Пойду подумаю.

Здравствуйте,

Но тогда соответсвенно должно быть так: неосновной носитель P-области временно "свободный" электрон, должен затягиваться электрическим полем PN-перехода и перебрасываться в N-область, но таким образом в N-области будет увеличиваться кол-во электронов, а в P-области уменьшатся, тем самым увеличивая кол-во дырок.

Правильно ?

В равновесии в обедненном слое почти нет даже основных носителей, не то что неосновных. А вне этого слоя нет поля.

Я имел ввиду не в обедненом слое, а в P-области в не обедненного слоя.

Там тоже почти нет неосновных носителей. Концентрация положительного заряда в обедненной части n-области равна концентрации доноров Nd. Концентрация основных носителей в квазинейтральной области тоже равна концентрации соответствующих примесей. То есть для дырок в p-области концентрации акцепторов Na. Для полупроводника в равновесии произведение концентраций дырок и электронов np=Ni^2, где Ni - собственная концентрация носителей, для кремния при комнатной температуре примерно равна 1.5*10^10 см^-3. Типичные значения концентраций примесей 10^15-10^18 см^-3. То есть концентрация неосновных носителей где-то на десять порядков меньше концентрации заряда в обедненной области.

Да, я это понимаю, что концентарция несоновных носителей во много раз больше, чем основных, но так или иначе они существуют, и образут обратный ток при обратном включении.

Ну да ладно для упрщения понимания - буду считать, что несонвоные носители P-области просто существуют с мизерном кол-ве и никуда не двигаються за пределы P-области без подключения внешнего источника питания.

Пойду еще подумаю.

Спасибо за Ваши ответы.

В кремнии при комнатной температуре эта компонента обратного тока будет значительно меньше, чем компонента, вызванная тепловой генерацией электронов и дырок внутри обедненного слоя: когда генерится такая пара, запирающее напряжение быстренько растаскивает ее по углам и за счет этого течет небольшой обратный ток. Компонента, вызванная диффузией неосновных носителей (тоже кстати появившихся благодаря тепловой генерации, но в квазинейтральной области), тоже конечно присутствует. Их отношение (для тока электронов) пропорционально концентрации акцепторов в p-области и ширине обедненного слоя и обратно пропорционально длине свободного пробега электронов в p-области и собственной концентрации носителей. При комнатной температуре собственная концентрация значительно меньше концентрации акцепторов, как я уже говорил, а ширина обедненного слоя и длина свободного пробега примерно равны по порядку. Так что про диффузию неосновных носителей можно смело забыть при обратном включении диода (ну если не сильно диод нагревать, потому что собственная концентрация быстро возрастает с температурой). Другое дело - прямое включение, там неосновные носители играют ключевую роль.

Понятно. Позвольте тогда рассмотреть прямое вклчюение:

Плюс истоника питания приложен к P-области, минус к N-области. Электроны из минуса источника питания вместе со свободными электронами N-областиначинают свое приимущественно направленное движение от минуса к плюсу источника питания, если напряжение истоника питания будет меньше напряжение PN-прехода, то направленного движения не будет так как электрического поле источника питания будет пересиливаться электрическим полем PN-перехода. Но если напряженеи больше, то все нормально.

Вот электроны минуса и свободных элкетронов N-области начали двигаться и тут им на пути втречаеться обененный положително заряженный слой без подвижный носителей. (можно ли это считать грубо диэлектриком ?). Как же электроны пройдут через этот слой ?

Он диэлектрик, пока в нем нет свободных носителей заряда. Когда они в нем есть, то он уже не диэлектрик. Как вакуум в радиолампе.

Ну то есть под действием внешего поля от источника питания электроны N-области начинают двигаться через положительный объем N-области ?

Но если они через него начинают двигаться, значит весь положительный заряд должен нейтрализоваться проходящими электронами ?

Во-первых, проходящие электроны делают этот объем немного отрицательным, а во-вторых, в обычных диодах это динамическая-временная "нейтрализация". Все равновесные положительные ионы в п/п-ке образованы тепловой ионизацией атомов "мелких" примесей. Атомы "глубоких" примесей и самого п/п-ка практически не ионизируются из-за специфики распределения по энергии ионизирующих их тепловых колебаний.
Поэтому "провалившиеся" в "ямы" ионов мимобегущие электроны там долго не задерживаются, и через примерно нано- и пикосекунды опять выбиваются отттуда. Так что п/п-к всегда напичкан "мелкими" ионами и свободными носителями заряда, в данном случае - электронами. Но это при достаточно высоких температурах, включая комнатную. При низких же гелиевых все атомы и п/п-ка и, примесей не ионизованы, и все п/п-ки становятся "изоляторами" (как Вы и хотите), и туда загнать свободные носители заряда любого одного знака можно только при пробойных напряжениях из-за вносимого ними препятствующего объемного заряда. Зато легко загнать носители двух знаков, не накапливающих препятствующий им объемный заряд, что люди и делают в транзисторах, тиристорах и прочих "исторах". "Изолятор" им не помеха. Кстати, случай примесей средней глубины реализован в "инжекционных" фотодиодах. Вот там Вы можете найти четкие проявления всех искомых Вами эффектов благодаря большому коэффициенту внутреннего усиления этих диодов.

Они то там не задерживаються, но проходят непрерывным потоком, то есть в положтиельноый области N-полупроводника непрерывно проходят элекроны, по идее нейтролизуя пложительный заряд ионов. ?

А дырки? И опять, сколько там электронов и дырок и сколько ионов?

В положительном обьеме N-области, "дырок" (разорванных ковалентных связей собсвенного полупроводника) мизирное кол-во.

Электронов ? По идее пока внешнее питание не подключили "свободных" электронов там нет, на то эта область и называеться обьемный положительный заряд, так как все "свободные" электроны" перешли в P-область рекомбинируюя с "дырками" и образуя там отрицательный обьемный заряд.

Но мой вопрос то в другом.

После того как подключили батарейку, дырок там стало сравнимо с электронами (их, так же как и электроны поставляет батарейка, только в p-область, оттуда они диффундируют в обедненный слой, где в p-области проскакивают через ионы акцепторов, как написал АИД, и диффундируют дальше в n-область). Причем и тех и других, пока напряжение не очень большое, сильно меньше чем ионов. Так что вопрос как раз именно в этом.

После того как подключили батарейку, дырок там стало сравнимо с электронами (их, так же как и электроны поставляет батарейка, только в p-область, оттуда они диффундируют в обедненный слой, где в p-области проскакивают через ионы акцепторов, как написал АИД, и диффундируют дальше в n-область). Причем и тех и других, пока напряжение не очень большое, сильно меньше чем ионов. Так что вопрос как раз именно в этом.


Я прошу прощения, но запутался.

После того, как подключили батарейку дырок там стало больше. Там это где ? В положительной части N-области ?

И что Вы подрозумеваете под дырками ? Разорванные ковалентные связи между атомами полупроводника ?

И как батарейка может постовлять дырки ?

Дырок стало больше везде, в том числе в положительной части n-области. Так же как и электронов стало больше везде. Для того чтобы проще понять как работают полупроводниковые приборы, предлагаю абстрагироваться от того, что дырка это разорванная связь в полупроводнике. Дырка - это квазичастица, имеющая положительный заряд и некоторую эффективную массу, ничуть не менее реальная чем электрон проводимости, который тоже кроме заряда ничего общего не имеет с электронами в вакууме или в атомах.

Вот этого я как раз сделать и не могу, не полуается. Мне именно хочеться понять и единтсвенно, как я могу понять, это именно хоть и в упрощенном виде, но все так как происходит по факту, без квазичастиц. Реально в данном случае источник тока создают электроны, дырки (разоварнные ковалентые связи) реально не перемещаються так как грубо являються положительным ионом, "перемещаються" они только благодоря перемещению электронов.

Но я не понимаю, как при доключении батарейки "дырок" стало больше ?

Без квазичастиц это на самом деле менее реально. Вы же не думаете, что электрон это такой шарик, который летит в пространстве между атомами. На самом деле, что электрон, что дырка - это примерно одинаковая неведомая хрень, которую математически просто описывать как частицу с некоторым зарядом и некоторой эффективной массой. Есличо, для электрона проводимости в кремнии эта эффективная масса отличается от той массы электрона, которая написана в школьных учебниках. Но если вам так проще, то можете считать, что дырки появились из-за того что соответствующее число электронов перетекло в батарейку.

Я не могу так посчитать, потому что, это не соответвует более менее "реальности". Дырки появились, потому что атом акцептора перетянул электроны из ковалентной связи, сам электрон остался в кристале, поэтому сам крситал в целом нейтрален. Электроны из кристала не куда не девались.

Ну ладно возможно есть необходимость опустить это.

Могу ли я тогда вот так задать вопрос, давайте подключим батарейку с напряженеим меньшим, чем напряженеи PN-перехода. В этом случаем ток пойдет ?

А откуда тогда берутся электроны в n-области? После того как подключили батарейку, кристалл больше не в равновесии. При этом в целом кристалл остается нейтральным или почти нейтральным, конечно: заряд, который вошел в один контакт, выходит из другого. Это эквивалентно тому, что в один контакт входят электроны, а в другой - дырки.

Пойдет. Даже при небольшом положительном напряжении мы впрыскиваем носители из батарейки, и они диффундируют в обедненный слой. Пока напряжение остается маленьким носители рекомбинируют в обедненном слое, если повышать напряжение дальше, то электроны "проскакивают" обедненный слой и начинают рекомбинировать в p-области, а дырки в n-области. При этом возрастает в два раза показатель экспоненты в зависимости тока от напряжения, то есть ВАХ становится более крутой. Если повысить напряжение еще, то носителей становится сравнимо с донорами и акцепторами, и модель обедненного слоя становится недействительной. Показатель экспоненты опять падает, ВАХ становится более пологой.

Здравствуйте,

А если рассмотреть теперь обратное подклчюение: Минус приложен к P-области, Плюс приложен к N-области.

Сопротивление при таком включении оказываеться вестма большое. Обратный ток будет образован несоновными носителями заряда P-области.

Вопросы:

1)Почему электроны из минуса батарейки, не могут проникнуть, а точнее лишь малая часть их проникает в P-область ?

2)И как эта малая часть электронов распространяеться в P-области до PN-перехода. тунелированием или в зоне проводимости ?

Вы невнимательно читали мои ответы. Ток будет образован генерацией электронов и дырок в обедненной области.

А кто их там ждет? Их там ждут дырки, с которыми они радостно рекомбинируют практически сразу же, на контакте.

Ответ на этот вопрос содержится в ответе на прошлый.

То есть грубо, пусть даже в P-области (вне PN-перехода) за счет теплового движения не будет Неодного неосновного носителя (тоесть электрона), то обратный ток все равно будет ?

Но чтобы даже обратный ток за счет тепловой генерации электронов и дырок в PN-переходе, существовал, надо чтобы такая же часть электронов, которая образыет обратный ток, выходила из минуса батарейки правильно ? По другому ведь никак ?

Это очень грубо. Ни одного неосновного носителя не будет только при абсолютном нуле. Тока тогда тоже не будет.

По-другому конечно никак, иначе заряд будет скапливаться. Вот только эти электроны сразу же рекомбинируют, и в токе участия не принимиают. Зато принимают участие дырки, с которыми они рекомбинируют: рядом с контактом динамически снижается концентрация дырок из-за рекомбинации, и благодаря диффузии их место занимают дырки из глубины диода, то есть те дырки, которые были сгененрированы в обедненной области. Эффективно это выглядит не как инжекция электронов из батарейки, а как экстракция дырок из диода.

Здравствуйте,

Позвольте рассмотрет хоть и упрощенно, но схематическое изображенеи простого диода = два кристала с N и P - проводимостью и с оброзованным PN -переходом, возможно так будет более наглядно, может быть даже вплоть до простой анимации




0)Красным пунктиром отделен сам PN-переход.

1)N-область: Желтые кружочки это свободные электроны атомов доноров + один желтый кружок это свободный тепловой электрон оторвавшийся от ковалентной связи самого атома кремния (соответсвенно образовалась "дырка" синий кружок)

2)P-область: Синими кружочками изображены "дырки" - это разорванная связь (ион атома крмения), электрон которого перешел к атому акцептору для ораования полноценной ковалентной связи с соедними атомами крмения + так же имееться свободный тепловой электрон желтый кружочек оторвавшийся от атома полупроводника под действием всяких фононов, в результате образовалась еще одна "дырка".

3)PN переход N-область: все свободные электроны (и один тепловой электрон, за место него синяя "дырка") из N-области перешли в N-область, поэтому желтых кружочков в положительной части N-области нет.

4)PN переход P-область: все "дырки" рекомбинировали с пришедшими сюда электронами, поэтому синих кружков нет.


Все правильно ?