p-n Переход (электронно-дырочный переход)

[Lander]

Не обладают - хотя это лишь модельное допущение. На самом деле здесь есть "свободные места" для электронов, и если электрон с подходящей энергией будет сюда инжектирован, то ни что не будет мешать ему здесь существовать и перемещаться.

Ну как же в отрицательной части P-области все "дырочные" места заняты, то есть свободных мест нет. На данный момент этот участок представляет собой диэлектрик, там нет свободных электронов.

Ведь если батарейку с источниом свободных электронов подключить к диэлектрику - тока не будет, так как в дэлектрике нет свободных электронов, точнотак же, как и в отрицательной части P-области все "дырочные" места заняты, но в отличии от диэлектрика в полупроводнике, через PN-переход электрон пройдет, даже без приложения внешнего источника тока.

Я очень прошу прощения за тупость, но немогу сообразить.

[Vendein_RaZoR]

но тип проводимости от этого не меняется

Если так то только нет преграды в виде запорного слоя ?

[Kotische]

если батарейку с источниом свободных электронов подключить к диэлектрику
...
через PN-переход электрон пройдет, даже без приложения внешнего источника тока.

Под "свободным местом" подразумевалась зона проводимости лишенная свободных электронов.
Если сюда ИНЖЕКТИРОВАТЬ (поместить) электрон с энергией соответствующей зоне проводимости, то этот электрон будет здесь существовать на правах свободного электрона.
Через изолятор не течет ток не потому что в нем не могут существовать свободные электроны (изолятор - это тот же самый полупроводник с широкой запрещенной зоной), а потому что на границе изолято-металл образуется барьер шотки не пускаюший электроны в изолятор. Электроны просто не могут выйти из металла в изолятор из за большой разнице в работе выхода между металлом и диэлектроиком.

Изолирующая область в pn-переходе лишена свободных зарядов, но если их туда инжектировать внешним полем прямого смещения то они там появятся и ток потечет.
Поскольку и изолирующая облать и n-область состоят из одного и того же материала разница в работе выхода мала, и её можно легко обороть приложением небольшого внешнего плоя.

Если припаять металл к стеклу, то разница в работе выхода получается большая, и что бы её превозмочь приходится прикладывать к контакту очень большое напряжение. Поэтому и считают что ток в теле изолятора ни течет , хотя на самом деле ток просто не может "проникнуть" в тело изоляторра через его поверхность.

[Kotische]

Если так то только нет преграды в виде запорного слоя ?

Ну типа того...

[Lander]

Через изолятор не течет ток не потому что в нем не могут существовать свободные электроны (изолятор - это тот же самый полупроводник с широкой запрещенной зоной), а потому что на границе изолято-металл образуется барьер шотки не пускаюший электроны в изолятор.

Получаеться при приложении внешнего истоника питания к собсвенному полупроводнику при нуле Кельваина, работы выхода электрона из проводника батарейки будет одна, но при повышении температуры полупроводника и как следствие увеличения подвижных эленктронов, работа выхода электрона из проводника батарейки на границе все того же полупроводника, но немного нагретого, работа выхода будет другая уже ?

[Kotische]

Нет, не так.

Ещё раз повторяю, по настоящему свободных элктронов в кристалле нет,
все якобы "свободные" электроны перемещаются по кристаллу по средством туннелирования.
Для туннелирования необходимо равенство энергитических уровней между точкой старта и точкой приземления.
Если в точке приземления нет свободного места, электрон туда не прыгнет,
так же он не прыгнет если в точнке старта нет подходящего электрона.
Работы выхода задают разные энергитические уровень электронов в точке старта и в точке приземления.
Внешнее поле как бы наклоняет энергитическую диаграму, приводя к одному энергитическому уровню точки старта и приземления.
Так же у тунеллирования есть свойство изменения вероятности туннелирования с растоянием.
С увеличением расстояния вероятность туннелирования экспоненциально уменьшается.
Это означает, что "подстройка уровня" должна происходить на очень малом расстоянии, т.е. нужна большая напряженность электрического поля.

В диэлектрике свободных носителей нет/мало, поэтому разность потенциалов внешнего поля плавно равпределяется на всю длинну области, в результате напряженность поля получается мала и вероятность туннелирования не отличима от нуля.
Если в област есть свободные заряды то они перераспределяются так что в на всей длинне образца напряженность поля равнв нулю, а только вблиизи самого барьера возникает скачек потенциала с большой напряженностью поля, вот здесь и происходит туннелирование. Причем чем больше концентрайия свободных носителей тем тоньше получается толщина барьера тем больше скачек напряженности поля тем выше вероятность туннелирования, тем легче происходит инжекция электронов в тело образца, тем больше ток.

[Kotische]

Как же в диэлектрике могут содержаться ловушки - дефекты кристаллической решетки способные захватывать свободные электроны необратимо превращая их в неподвижные ионы, создающие объемный заряд компенсирующий внешнее электрическое поле.
В результате внутри кристалла создается тормозящее поле препятствующее свободному движению носителей.

[Vendein_RaZoR]

в диэлектрике могут содержаться ловушки

Они находятся в запрещенной зоне ведь ?

По принципу Паули не может же быть более 2-х электронов на каком-либо энергетическом уровне , причем их спины противоположны должны быть . Хотелось бы узнать в каком смысле спины противоположны ? Импульсы ведь направлены в одну сторону ?

[Kotische]

Они находятся в запрещенной зоне ведь ?

Да

Хотелось бы узнать в каком смысле спины противоположны ? Импульсы ведь направлены в одну сторону ?

Спин - это квантовое число - характеристика не имеющая классического аналога.
Можно УСЛОВНО представить его как некий магнитный момент, как будто электрон быстро вращается и за счет этого создает вдоль оси своего вращения магнитное поле. В зависимости от направления вращения спин модет быть положительным или отрицательным.
Но такое представление - замена квантового числа классическим вращением - не выдерживает никакой критики, т.к. для объяснения величины создаваемого магнитного поля пришлось бы предположить что заряженная поверхность электрона движется со сверхсветовой скоростью. Поэтому данная модель пригодна лишь для придания некоторой наглядности поцессу который нельзя ни наблюдать не представить в рамках "житейского здравого смысла".

[Vendein_RaZoR]

По-другому запрещенная зона - это зона где вероятность нахождения электрона минимальна ? То есть это так называетмый энергетический барьер где отсутствуют долгое время носители ?

В зависимости от направления вращения спин может быть положительным или отрицательным.

Так получается что они движутся в разные стороны что ли ? Вот к этому я вел . Но не может же быть такого ?

[Kotische]

По-другому запрещенная зона - это зона где вероятность нахождения электрона минимальна ? То есть это так называетмый энергетический барьер где отсутствуют долгое время носители ?

Запрещенная зона - это такой диапазон энергий который ЗАПРЕЩЕНО иметь электрону являющемуся частью кристалла полупроводника.
Т.е. вероятность наблюдаемых квантовых реакций с таким электроном равна нулю.

[Kotische]

Vendein_RaZoR, ты издеваешся что ли, или не читаешь вообще что я пишу?!
Я тебе русским языком написал "ВРАЩЕНИЕ"! При чем тут "движутся в разные стороны"?!

[peg]

А ка понять в от эту фразу:

"Если же в области p вблизи границы раздела каким-либо образом окажется свободный электрон, являющийся неосновным носителем для этой области, то он со стороны электрического поля потенциального барьера будет испытывать ускоряющее воздействие, вследствие чего этот электрон будет переброшен через границу раздела в область n, где он будет являться основным носителем"

Как такое может быть ?

Очень просто.
1. Прямо на переход упал фотон и образовал электрон и дырку. Поле запирающего слоя
растаскивает их в разные стороны. Идет ток. Это фототок.
2. Тепловое движение выбивает из атома электрон, образуя электронно-дырочную пару. Поле запирающего слоя
растаскивает их в разные стороны. Это обратный ток p-n перехода.
3. Неосновные носители инжектируются, например, в p-область (электроны) еще одним переходом, они сваливаются в переход и бегут в n-область. Это уже транзистор работает.

Достаточно?

[Lander]

Вы почитайте какие я вопросы задавал и какие детализированные ответы мне отвечали (!)

Вы думаете вашего обьяснения достаточно ?

В принципе Kotisсhe уже расстолковал.

[Kotische]

Это означает, что "подстройка уровня" должна происходить на очень малом расстоянии, т.е. нужна большая напряженность электрического поля.

Вот нарисовал, для иллюстрации:


На верхней половине рисунка нарисовано как будет ваглядеть варьер между изолятором и металлом без внешнего поля.
Видно что тунеллирование в таких условиях не возможно, ибо там где справа есть электроны, слева нет вободных мест, а там где слева есть свободные места, справа нет электронов.

Чтобы началось тунеллирование, электронов из металла в диэлектроик, нужно сместить уровень Ферми на примерно половину ширины запрещенной воны изолятора, т.е. порядка единиц вольт, а расстояние туннелирования - порядка онгстрем (1/1000000 мм), это дает представление, какая нужна напряженность электрического поля что бы создать такой излом уровня ферми.
Чтобы сделать возможным туннеливание электрона из металла в зону проводимости изолятора, в данной точке нужна напряженность электрического поля порядка нескольких миллионов вольт на миллиметр.

[peg]

Вы почитайте какие я вопросы задавал и какие детализированные ответы мне отвечали (!)

Был дан ответ на процитированный вопрос. На который я не видел простого ответа.

Вы думаете вашего обьяснения достаточно ?
В принципе Kotisсhe уже расстолковал.

Я надеялся натолкнуть на понимание. Для меня, например, никогда не была
наглядной зонная теория проводимости. Она оперирует состояниями в пространстве энергетических уровней, что весьма абстрактно. А образование/движение электронов-дырок в электрическом поле представить очень легко.

[Lander]

Ну вот только я себе представил модель, которая меня устраивала. И вдруг после предпоследнего сообщения опять не понял


При прямом включении PN-перехода, грубо, элекроны из источника идет в N-область далее из N-области в P-область, где почти нет подвижных электронов, но есть места куда могут "прыгать" электроны, то есть по "дыркам" и так прыгая по дыркам они идут на плюс источника, таким образом получаеться прямой ток диода.


А вот при орбратном подключении электроны из истоника питания - нехотят почему то идти в P-область, где почти нет подвижных электронов, но есть места куда могут "прыгать" электроны, при обратном включении из иточника идут лишь незначительное кол-во электронов равное кол-ву подвижных электронов в P-области, хотя при прямом подключении электроны из N-области шли в P-область и на плюч источника.

То есть почему при обратном включении электроны из батарейки не тунелируют в P-облать, а при прямом включении тунелируют из N-области в P-область ?


PS: Мне конечно тоже пболее понятно рассматривать движение, а не энергетические диаграммы, но что тут поделаешь.

[Kotische]

почему при обратном включении электроны из батарейки не тунелируют в P-облать, а при прямом включении тунелируют из N-области в P-область?

При рассмотрении pn-перехода для упрощения предпологают что внешняя батарейка подключена к соответствующим областям оммическими контактами не создающими барьера, и всё рассмотрение работы перехода сводят к рассмотрению только одного барьера на границе N-области и P-области.
Почему при обратном включении перехода ток не идет я надеюсь ты уже понял?
Почему электроны не инжектируются из металлических контактов источника питания в p-область понять легко,
для инжектирования электрона в полупроводник, в этой точке нужна напряженность и разность потенциалов,
но вся разность потенциалов и напряженность сосредоточена в высокоомной области закрытого перехода,
соответственно на другие места разности потенциалов не остается поэтому ток и не течет.

ЗЫ: оммические контакты и барьеры шотки рассмотрены в курсе на котроый я давал ссылку.

[Lander]

,
но вся разность потенциалов и напряженность сосредоточена в высокоомной области закрытого перехода,
соответственно на другие места разности потенциалов не остается поэтому ток и не течет.

Сейчас прочитаю весь тот курс. Но попутно вопрос, ток хоть и маленький, но есть, а это значит электроны из минуса источника двигаются и "заходят" в P-область, "толкая" уже сущесвующие подвижные электроены в P-области, которые проходят черех PN-переход и далее на плюс источника питания, но что мешает большому кол-ву электронов войти в P-область, а не только кол-ву пропорциональному кол-ву сущесвующих неосновных подвижных электронов P-области ?

[Kotische]

что мешает большому кол-ву электронов войти в P-область, а не только кол-ву пропорциональному кол-ву сущесвующих неосновных подвижных электронов P-области ?

Поле.
Есть поле есть ток, нет поля нет тока.