Номер 1, страница 390 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 117. Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 1, страница 390.

Условие.

Решение.

Решение 3.

При контакте двух полупроводников n-типа (где основными носителями заряда являются электроны) и p-типа (где основными носителями заряда являются дырки), на их границе образуется так называемый p-n-переход. Процесс его формирования включает несколько ключевых этапов:

1. Диффузионный ток. Сразу после приведения полупроводников в контакт из-за огромной разницы в концентрациях начинается процесс диффузии: электроны из n-области, где их много, перемещаются в p-область, где их мало. Одновременно дырки из p-области, где их концентрация высока, диффундируют в n-область. Это движение носителей заряда создает диффузионный ток через границу раздела.

2. Рекомбинация и образование обедненного слоя. Когда электрон из n-области попадает в p-область, он быстро рекомбинирует (воссоединяется) с дыркой. Аналогично, дырка из p-области, попав в n-область, рекомбинирует с электроном. Этот процесс происходит в тонком слое вблизи границы. В результате в этой приконтактной области практически не остается свободных (подвижных) носителей заряда — ни электронов, ни дырок. Этот слой называется обедненным слоем или запирающим слоем.

3. Возникновение объемного заряда и внутреннего поля. До контакта оба полупроводника были электрически нейтральны. Уход электронов из n-области оставляет там нескомпенсированные положительно заряженные ионы донорной примеси. В p-области, после рекомбинации дырок с пришедшими электронами, остаются нескомпенсированные отрицательно заряженные ионы акцепторной примеси. Таким образом, в обедненном слое возникает двойной электрический слой: положительно заряженный со стороны n-полупроводника и отрицательно заряженный со стороны p-полупроводника. Этот объемный пространственный заряд создает сильное внутреннее электрическое поле, направленное от n-области к p-области.

4. Формирование потенциального барьера. Внутреннее электрическое поле препятствует дальнейшей диффузии основных носителей. Для того чтобы электрон из n-области перешел в p-область, он должен преодолеть силу этого поля, то есть совершить работу. Это означает, что на границе перехода возникает разность потенциалов, называемая потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов. Высота этого барьера растет по мере увеличения числа рекомбинировавших носителей.

5. Установление равновесия. Рост потенциального барьера не бесконечен. Внутреннее поле, создающее дрейфовый ток неосновных носителей (электронов из p-области и дырок из n-области) в обратном направлении, уравновешивает диффузионный ток основных носителей. Когда эти два тока становятся равными по величине и противоположными по направлению, система приходит в состояние термодинамического равновесия. Суммарный ток через p-n-переход становится равным нулю.

В результате этих процессов на контакте двух полупроводников формируется структура (p-n-переход), обладающая уникальным свойством односторонней проводимости, которое является основой работы диодов, транзисторов и многих других полупроводниковых приборов.

Ответ: В контакте двух полупроводников n- и p-типов в результате диффузии и рекомбинации носителей заряда формируется p-n-переход. Он представляет собой обедненный подвижными носителями слой с внутренним электрическим полем и потенциальным барьером, который препятствует дальнейшему движению основных носителей и в состоянии равновесия обеспечивает нулевой суммарный ток через контакт.