2) электроны
3) дырки
4) нейтральные атомы
Потенциальный барьер в полупроводниковом p–n-переходе формируется пространственным зарядом неподвижных ионизированных примесных атомов. После контакта областей электроны диффундируют из n-области в p-область, а дырки — в обратном направлении и рекомбинируют у границы перехода. В результате в n-области остаются положительно заряженные ионы доноров, а в p-области — отрицательно заряженные ионы акцепторов; между ними возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии основных носителей.
Таким образом, именно ионы формируют область пространственного заряда и встроенное электрическое поле, создающее потенциальный барьер. Электроны и дырки участвуют в его возникновении и определяют ток через переход, но в сформировавшейся обеднённой области их концентрация снижена. Нейтральные атомы не создают собственного электрического поля и поэтому не могут быть непосредственным источником барьера. Высота встроенного потенциала зависит от температуры, концентраций доноров и акцепторов и определяется соотношением Vbi ≈ (kT/q) ln(NAND/ni2).
| Компонент | Заряд | Подвижность | Расположение или состояние | Роль в формировании барьера |
|---|---|---|---|---|
| Ионизированные доноры | Положительный | Практически неподвижны | Область n-типа у границы перехода | Формируют положительную часть пространственного заряда |
| Ионизированные акцепторы | Отрицательный | Практически неподвижны | Область p-типа у границы перехода | Формируют отрицательную часть пространственного заряда |
| Электроны | Отрицательный | Подвижны | Основные носители в n-области | Диффундируют через границу и участвуют в начальном разделении зарядов |
| Дырки | Положительный эффективный заряд | Подвижны | Основные носители в p-области | Диффундируют навстречу электронам и рекомбинируют |
| Нейтральные атомы кристалла | Нет суммарного заряда | Фиксированы в решётке | Объём полупроводника | Не создают направленного электрического поля и барьер не формируют |
| Область пространственного заряда | Суммарный заряд не равен нулю | Свободные носители обеднены | Пограничная зона p–n-перехода | Создаёт встроенное электрическое поле и потенциальный барьер |
Ширина обеднённой области и величина барьера определяют выпрямляющие свойства p–n-перехода. При прямом смещении внешний источник уменьшает барьер и расширяет ток инжекции, а при обратном смещении увеличивает его и поддерживает малый ток неосновных носителей. В полупроводниковых детекторах и дозиметрических системах эти процессы используются для разделения и регистрации зарядов, образованных ионизирующим излучением.