h2 |
3 |
2 3 |
2 3 |
2 3 |
|||||
ϕA −ϕB = |
(n2 |
− n1 |
), |
||||||
2m 8р |
|||||||||
где n1 и n2 – концентрации электронов по |
разные |
стороны контакта. φA – φB = |
|||||||
= (0,01 ÷ 1) В. Обычно φA – φB = 0,1 В. Эта разность потенциалов локализуется в пределах тонкого двойного электрического слоя.
Внешняя контактная разность потенциалов
Как только химические потенциалы выравниваются, прекращается перетекание электронов из одного металла в другой и между ними устанавливается динамическое равновесие, которому отвечает постоянная разность потенциалов между их поверхно-
стями. |
||||||
Если электрон выйдет из первого образца A, то |
1 |
A |
B |
2 |
||
в точке 1 он будет обладать потенциальной энерги- |
||||||
1 |
φA |
φB |
||||
ей |
||||||
Wп |
||||||
W1 |
= A1 . |
A1 |
Wп = 0 |
2 |
||
A2 |
||||||
Аналогично для металла B |
||||||
W2 |
= A2 . |
|||||
Тогда внешняя контактная разность потенциалов
ϕ1 −ϕ2 |
= |
W1 −W2 |
= |
A1 − A2 |
, т. е. |
ϕ1 −ϕ2 = |
A1 − A2 |
. |
||
e |
e |
e |
||||||||
Обычно эта величина порядка 1 эВ.
III. Контакт двух полупроводников
Рассмотрим контакт полупроводников p- и n-типа.
До контакта
p |
n |
p |
n |
Зона про- |
||||
Зона про- |
Зона про- |
водимости |
Зона про- |
|
водимости |
водимости |
εn |
водимости |
|
Донорные |
||||
µp |
µn |
|||
уровни |
||||
εp |
Акцепторные уровни |
|||
Валентная |
||||
Валентная |
||||
зона |
||||
зона |
||||
Валентная |
Валентная |
|||
зона |
зона |
В полупроводнике n-типа много свободных электронов, а в полупроводнике p-типа их нет – там дырки. В результате этого электроны из n-полупроводника диффундируют в p-полупроводник. Процесс продолжается до тех пор, пока не выровняются химические потенциалы. На p-n-переходе дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, образуя слой, обеднённый носителями заряда и обладающий большим сопротивлением. После выравнивания химических потенциалов полупроводник p-типа заряжается отрицательно, а полупроводник n-типа – положительно. На p-n-переходе для электронов и дырок образуется потенциальный барьер, который в равновесном состоянии они не могут преодолеть. Если подключить внешнее поле, то оно может либо уменьшить высоту барьера, либо увеличить её.
p-n-переход |
φ |
|||
φB |
||||
p |
n |
x |
||
x |
φA |
|||
Wп (для электрона, у кото- |
Wп |
|||
рого заряд меньше 0) |
||||
(для дырки, у которой |
||||
заряд больше 0) |
||||
x |
x |
|||
Прямое включение p-n-перехода |
||||
µА |
Wп |
|||
φ |
(для электрона) |
|||
Eвнеш |
x |
e |
||
p |
n |
|||
Eвнутр |
x |
|||
Высота потенциального барьера уменьшается (как для электронов, так и для дырок) и в цепи идёт электрический ток.
Обратное включение p-n-перехода
Wп |
|||
µА |
φ |
(для электрона) |
|
Eвнеш |
x |
||
p |
n |
||
e |
|||
Eвнутр |
x |
Высота потенциального барьера увеличивается (как для электронов, так и для дырок). Ток не идёт.
Таким образом, p-n-переход обладает односторонней проводимостью и может выполнять роль диода в электронных схемах.