Электрического поля
Концентрация примесей, а значит, и основных носителей в областях р-n перехода обычно не одинакова (Рис. 18.4, б). Различие может составлять несколько порядков. Разность концентраций вызывает диффузию носителей заряда из области с более высокой концентрацией в область с менее высокой концентрацией. Основные носители n области – электроны – диффундируют в р область и наоборот, дырки из р области диффундируют в n область. Диффузионный ток через переход определяется суммой токов электронов и дырок. Но один из них значительно, на несколько порядков, больше другого.
Переход через границу р-n перехода и постоянный приток носителей противоположного знака приводит к появлению объемных зарядов – дырок в n области и электронов в р области. Между объемными зарядами, в непосредственной близости от обеих сторон границы, возникает область, обедненная подвижными носителями, а потому обладающая большим электрическим сопротивлением. Эта область называется запирающим слоем.
Объемные заряды создают внутри запирающего слоя электрическое поле, которое препятствует диффузионному току и называется потенциальным барьером – ∆φ0. График изменения потенциала электрического поля приведен на рис. 18.4, в. Количественно потенциальный барьер оценивают в вольтах, выражением
(18.7)
где 
– тепловой потенциал, ni – концентрация собственных носителей.
Электрическое поле между объемными зарядами вызывает направленное движение через переход собственных носителей заряда (электронов и дырок). Такое движение направлено навстречу диффузионному току и называется дрейфовым током. Когда диффузионный и дрейфовый токи выравниваются по абсолютной величине Iдиф = Iдр, суммарный ток равен нулю, и р-n переход приходит в равновесное состояние.
Таким образом, металлургическая граница между полупроводниками n и р типа является и границей между двумя объемными зарядами – объемным зарядом электронов в р области, и объемным зарядом дырок в n области. При отсутствии внешнего электрического поля разность потенциалов между объемными зарядами ∆φ0 может иметь значения от 0,6 до 1,2 В. Через р-n переход протекают диффузионные токи Iдиф.n и Iдиф.р, а также дрейфовые токи Iдр.n и Iдр.р.
В состоянии равновесия Iдиф = Iдиф.n + Iдиф.р = – Iдр = – (Iдр.n + Iдр.р), т. е. результирующий ток равен нулю. Так как дрейфовый ток направлен навстречу диффузионному, его называют обратным и обозначают Iо. Величина обратного тока сильно зависит от температуры, поэтому иногда его называют тепловым током, обозначая IT. Сопротивление р-n перехода определяется сопротивлением запирающего слоя.
