Основным элементом структуры большинства типов полупроводниковых приборов является электрический переход — переходный слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами электропроводности или разными значениями удельной электропроводимости.
Электрический переход между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность p- типа, а другая — n- типа, называют электронно-дырочным переходом или р-п- переходом. Создать p-n- переход механическим соединением двух полупроводников с различным типом электропроводности невозможно, электронно-дырочные переходы получают путем введения в полупроводник донорной и акцепторной примесей таким образом, чтобы одна часть полупроводника обладала электронной, а другая — дырочной электропроводимостью (рисунок 5.3).
Основные носители заряда в полупроводнике n- типа — электроны (обозначенные знаком минус), а в полупроводнике p- типа — дырки (обозначенные знаком плюс). Ионизированные атомы донорной и акцепторной примеси обозначены соответственно знаками плюс и минус в кружочках. Неосновные носители в электронном и дырочном полупроводниках не обозначены, так как их концентрация очень мала в сравнении с концентрацией основных носителей.
Условно будем считать, что п- и р- полупроводники приведены в идеальное соприкосновение. Так как в n- полупроводнике много электронов, а в p- полупроводнике много дырок, между полупроводниками начнется интенсивный обмен носителями заряда. За счет разности концентраций электроны из полупроводника n -типа диффундируют в полупроводник p- типа, оставляя в приконтактной области полупроводника n- типа некомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси.
Дырки, в свою очередь, диффундируют в полупроводник n- типа, в результате чего в приконтактном слое полупроводника р -типа возникнет отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. Таким образом, область раздела полупроводников n- и р -типа окажется обедненной свободными носителями заряда и, несмотря на малую ширину (δ = 10-6 − 10-8 м), будет обладать большим сопротивлением, во много раз превышающим сопротивление остальной части полупроводников. Наличие отрицательного и положительного объемного зарядов приводит к образованию электрического поля, которое препятствует дальнейшему диффузионному потоку носителей зарядов. В равновесное состояние система приходит при условии равенства потоков свободных носителей заряда, вызванных градиентом их концентраций и электрическим полем объемного заряда. Теперь рассмотрим, что произойдет, если к p-n- переходу приложить внешнее напряжение. Пусть к p- области присоединен положительный полюс питания, а к n- области — отрицательный. Такое внешнее поле будет направлено навстречу электрическому полю, обусловленному объемными зарядами. При этом основные носители заряда в р- и n- полупроводниках, имеющие наибольшую энергию, получают возможность проникать через обедненный слой в области, где они оказываются неосновными носителями заряда и рекомбинируют. Такое направленное движение носителей заряда является электрическим током, и можно сказать, что электронно-дырочный переход при такой полярности внешнего напряжения будет «открыт» и через него потечет прямой ток.
При смене полярности внешнего напряжения электрическое поле объемных зарядов и внешнее поле будут совпадать по направлению. В результате действия суммарного электрического поля основные носители будут двигаться от перехода и пересечь переход смогут только неосновные носители. Так как количество неосновных носителей во много раз меньше основных, то и ток, ими обусловленный, будет мал по сравнению с тем, который получится при прямом включении. При данном включении электронно-дырочный переход «заперт» и через него может протекать только малый обратный ток неосновных носителей.
Рис. 5.3. Распределение носителей заряда в областях полупроводника с p- и n- типами проводимости: а — отдельные области; б — области в одном кристалле при отсутствии внешнего электрического поля; в — внешнее поле направлено навстречу диффузному; г — внешнее поле совпадает по направлению с диффузионным.
На рисунке 5.4 показана зависимость между тoком, текущим через p-n- переход, и внешним напряжением, которая называется вольт-амперной характеристикой.
Рисунок 5.4 Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода
По фазовому состоянию и компонентному составу исходной фазы методы получения монокристаллов делятся на три группы:
■ выращивание из расплава;
■ выращивание из раствора;
■ выращивание из газовой фазы.
Существует несколько групп методов выращивания монокристаллов из газовой фазы:
■ молекулярных пучков (напыление, сублимация);
■ химических реакций;
■ химического переноса.
