Дрейфовый и диффузионный токи.

Диффузия электронов из n-области полупроводника в р-область и дырок из р-области в п-область полупроводника, является причиной появления диффузионного тока основных носителей, протекающего через границу полупроводниковых сред. В одномерном случае плотность этого диффузионного тока jдиф (в дальнейшем – тока) равна:

jдиф= jдиф.n+ jдиф.p =

где jдиф.n и jдиф.p – электронная и дырочная составляющие диффузионного тока;

Направление диффузионного тока совпадает с направлением диффузии дырок. В дальнейшем попавшие в n-область полупроводника неосновные носители тока - дырки рекомбинируют с основными носителями тока - электронами, а в p-области электроны рекомбинируют с основными носителями тока – дырками.

Потенциальный барьер jк препятствует перемещению основных носителей тока, но не препятствует движению через переход неосновных носителей, имеющихся в p- и n-областях. Эти неосновные носители тока, имеющие энергию теплового происхождения, генерируются в объёме полупроводника и, дрейфуя к p-n переходу, захватываются его электрическим полем E.

Дрейфовый ток неосновных носителей равен

jдр = jдрn+ jдрp=jдр= jnдр+ jpдр=(qnivnдр+qpivpдр)= qni(mn+mp)E, А/м2,

где q - заряды; ni=pi- концентрации; vnдр и vpдр - скорости дрейфа; mn и mp - подвижности электронов и дырок., где jдрn и jдрp – электронная и дырочная составляющие этого тока. Этот ток очень мал, так как концентрация неосновных носителей мала и по своему направлению он противоположен току диффузии jдиф.Поскольку через изолированный полупроводник ток проходить не должен, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие и общий ток через p-n переход равен j=jдиф - jдр = 0

Таким образом, без приложения внешнего напряжения два встречно-направленных потока носителей тока компенсируют друг друга. Характерной особенностью зонной диаграммы p-n перехода является изгиб границ энергетических зон в n- и p-областях полупроводника. Причиной изгиба зон является появление в p-n переходе контактной разности потенциалов jк. При этом в обедненной основными носителями и, соответственно, более положительно заряженной приконтактной области n-полупроводника, границы зоны проводимости jс и валентной зоны jv изгибаются вверх, а в отрицательно заряженной приконтактной области p-полупроводника границы зон изгибаются вниз.