Если полупроводник в одной своей части обладает электронной, а в другой дырочной электропроводностью, то граница между этими областями называется электронно-дырочным или р-n-переходом. Создать р-n-переход механическим путем соприкосновения двух полупроводников с различным типом электропроводности невозможно. Электронно-дырочные переходы получают в результате введения в полупроводник донорной и акцепторной примесей таким образом, чтобы одна часть полупроводника обладала электронной, а другая дырочной электропроводностью.
Модель полупроводника с электронной и дырочной электропроводностью представлены на рис. 3.23, где показана полупроводниковая пластина: одна (левая) часть представляет собой дырочный полупроводник (р-типа), а другая (правая) – электронный полупроводник (n-типа). Граница между областями р и n получила название р-n-перехода. Каждая часть пластины до контактирования электрически нейтральна, так как существует равновесие свободных и связанных зарядов.
Так как концентрация свободных электронов в n-области больше, чем в р-области, а дырок в р-области больше, чем в n-области, то после контактирования часть электронов под влиянием тепловой диффузии переходит из n-области в р-область, а некоторое количество дырок из р-области в n-область. При этом р-область у границы перехода окажется заряженной отрицательно, а n-область у границы перехода – заряжен
ной положительно. В связи с этим в приграничной области (рис. 3.23, а) возникает диффузионное поле (Ед), которое будет препятствовать дальнейшему перемещению зарядов. Следовательно, еще в отсутствие внешнего электрического поля в такой системе образуется запирающий слой (d) толщиной порядка 10-5 см.
Если к такой системе приложить внешнее электрическое поле (Е), напряжение которого совпадает с напряжением диффузионного электрического поля (Ед) (рис. 3.23, б) то переход будет «заперт», и ток не будет протекать. При изменении полярности приложенного электрического поля (Е) оно будет направлено противоположно диффузионному электрическому полю (Ед), переход будет насыщен носителями зарядов, он «откроется», и через него будет протекать «прямой» ток (рис. 3.23, в). Подобные рассуждения относятся к идеальному р-n-переходу.
В реальных системах в области р всегда имеется незначительное количество электронов (неосновных носителей зарядов), а в области n – некоторое количество дырок (неосновных носителей зарядов). И через такую систему при запертом переходе будет протекать небольшой по величине «обратный ток» за счет неосновных носителей зарядов (рис. 3.23, г).