Цитата
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..
Отлично встраивается. Мышьяк активно используется в качестве донорной примеси. Есть технологические нюансы, но для локального легирования мышьяк в каком-то смысле даже предпочтительнее.
Цитата
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
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.
Цитата
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.
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.
Цитата
Соединяем p-полупроводник и n-полупроводник вместе.
Поскольку оба полупроводника основаны на кремнии, то энергетические уровни решетки в них совпадают.
Если бы совпадали, то диод нельзя было бы сделать. В n-полупроводнике уровни сдвинуты вниз, а в p-полупроводнике вверх относительно энергии Ферми.
Цитата
Под действием броуновского движения, лишние электроны из n-полупроводника переходят в p-полупроводник, и соединяются там с дырками
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.
Цитата
и поэтому образуются положительные ионы фосфора и отрицательные ионы трехвалентного примесного полупроводника
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).
Цитата
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?
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.
Цитата
Поскольку батарейка создает поле, противоположное запирающему полю, то это запирающее поле слабеет, и электроны снова могут идти в область дырок (под действием поля батарейки).
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.
Цитата
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.
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.
Цитата
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.
Примерно так. За исключением опять же того, что дело не в поле батарейки, а в инжекции носителей.
Цитата
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".
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