Номер 1, страница 335 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Что такое $p\text{--}n$-переход?

1. $p-n$-переход — это область, возникающая на границе соприкосновения двух полупроводников с разными типами примесной проводимости: `$\text{p}$-типа` (дырочной) и `$\text{n}$-типа` (электронной). Этот переход является основой большинства полупроводниковых приборов.

Для создания `$p-n$-перехода` в одном кристалле полупроводника (например, кремния) создают две области:

1. Область `$\text{n}$-типа` (n - negative, отрицательный): В эту область добавляют донорную примесь (например, фосфор для кремния), у атомов которой на внешней электронной оболочке на один электрон больше, чем у атомов основного полупроводника. Эти «лишние» электроны становятся свободными носителями заряда. Основными носителями заряда в `$\text{n}$-области` являются электроны.

2. Область `$\text{p}$-типа` (p - positive, положительный): В эту область добавляют акцепторную примесь (например, бор для кремния), у атомов которой на один электрон меньше. Отсутствие электрона для создания ковалентной связи называется «дыркой». Дырка ведет себя как положительно заряженная частица. Основными носителями заряда в `$\text{p}$-области` являются дырки.

Процессы на границе `$p-n$-перехода`:

Когда эти две области приводятся в контакт, из-за разницы в концентрациях начинается взаимная диффузия основных носителей заряда:

• Электроны из `$\text{n}$-области` диффундируют в `$\text{p}$-область`, где их концентрация мала.
• Дырки из `$\text{p}$-области` диффундируют в `$\text{n}$-область`, где их мало.

Встречаясь вблизи границы, электроны и дырки рекомбинируют (нейтрализуют друг друга). В результате этого процесса:

• В `$\text{p}$-области` у границы остаются нескомпенсированные отрицательные ионы акцепторной примеси.
• В `$\text{n}$-области` у границы остаются нескомпенсированные положительные ионы донорной примеси.

Эти слои неподвижных ионов образуют так называемый обедненный (запирающий) слой, так как в нем практически отсутствуют свободные носители заряда. Внутри этого слоя возникает внутреннее электрическое поле, направленное от положительных ионов в `$\text{n}$-области` к отрицательным ионам в `$\text{p}$-области`. Это поле создает потенциальный барьер, который препятствует дальнейшей диффузии основных носителей.

Основное свойство `$p-n$-перехода`:

Ключевым свойством `$p-n$-перехода` является его односторонняя проводимость. Это означает, что его сопротивление зависит от полярности и величины приложенного внешнего напряжения.

• Прямое смещение (прямое включение): Если к `$\text{p}$-области` подключить положительный полюс внешнего источника, а к `$\text{n}$-области` — отрицательный, то внешнее электрическое поле будет направлено против внутреннего поля перехода. Это приведет к уменьшению высоты потенциального барьера и сужению обедненного слоя. В результате через переход начинает протекать значительный прямой ток, обусловленный движением основных носителей. Сопротивление перехода мало.
• Обратное смещение (обратное включение): Если к `$\text{p}$-области` подключить отрицательный полюс, а к `$\text{n}$-области` — положительный, то внешнее поле совпадет по направлению с внутренним. Это увеличит высоту потенциального барьера и расширит обедненный слой. Движение основных носителей через переход практически прекратится. Через переход будет протекать лишь очень малый обратный ток, создаваемый неосновными носителями заряда. Сопротивление перехода очень велико.

Это свойство позволяет использовать `$p-n$-переход` для выпрямления переменного тока и лежит в основе работы таких приборов, как диоды, транзисторы, светодиоды, фотодиоды и солнечные батареи.

Ответ: `$p-n$-переход` — это граница между двумя полупроводниковыми областями с разным типом проводимости (`$p`-типа и `$n`-типа), обладающая свойством односторонней проводимости, то есть способностью хорошо проводить электрический ток в одном направлении (при прямом смещении) и практически не проводить его в обратном (при обратном смещении).