WSTĘP TEORETYCZNY :
W półprzewodnikach samoistnych nośnikami prądu są elektrony i dziury, przy czym koncentracje ich są jednakowe. Znacznie wygodniej byłoby mieć półprzewodnik tylko z jednym rodzajem nośników prądu:elektronami lub dziurami.Półprzewodniki,w których przepływ prądu wywołany jest głównie ruchem dziur,są nazywane półprzewodnikami typu p.Jeśli przepływ prądu jest związany z ruchem elektronów,to mówimy , że półprzewodnik jest typu n.
Półprzewodnikiem samoistnym jest każdy materiał półprzewodnikowy o niezaburzonej strukturze krystalicznej.Wprowadzenie do niego odpowiednich obcych atomów,które nazywamy domieszką,wpływa w znacznym stopniu na jego właściwości elektryczne.Proces ten przeanalizuję na przykładzie struktury krystalicznej germanu . Jego atom ma cztery elektrony walencyjne.Używa się ich w sieci krystalicznej do wytworzenia wiązań z czterema najbliższymi sąsiadami.Jeśli w siatce zastąpimy jeden z atomów germanu atomem domieszki mającym pięć elektronów walencyjnych np.fosfor,to piąty elektron nie może utworzyć wiązania walencyjnego.Jest on słabo elektrostatycznie związany z jądrem t go oderwać wystarczy na ogół niewielka energia (dla fosforu w Ge 0.012 eV).Stan ten nazywamy donorowym (donor-dawca).Energia elektronów znajdujących się w tym stanie jest ściśle określona,a więc w modelu pasmowym półprzewodnika opisana przez jeden poziom zwany donorowym.Jest on położony wewnątrz przerwy zabronionej półprzewodnika w pobliżu dna pasma przewodnictwa.Odległość energetyczna Ed w porównaniu z przerwą energetyczną półprzewodnika jest mała.Wystarczy niewielkie wzbudzenie cieplne,aby elektron opuścił poziom donorowy i znalazł się w paśmie przewodnictwa.Wskutek tych przejść w półprzewodniku pojawia się nadmiarowa przewodność elektronowa zwana przewodnością typu n.Półprzewodnik po domieszkowaniu go donorami staje się półprzewodnikiem typu n.Poziomy donorowe są zlokalizowane. Jeśli zaś do siatki germanu zostaje wprowadzony atom domieszkowy z trzema elektronami walencyjnymi to elektrony te utworzą wiązania z trzema sąsiednimi atomami sieci pierwotnej germanu. Czwarte,potrzebne sieci wiąznie,pozostanie niewysycone.Utworzy się zlokalizowana dziura. Może być ona łatwo wypełniana przez elektron biorący udział w którymś z sąsiednich wiązań german-german.Po takim przyjęciu elektronu przez omawianą dziurę powstaje dziura w innym miejscu sieci.Jest to dziura o znacznej ruchliwości.Takie nieobsadzone stany nazywamy stanami akceptorowymi (accept - przyjmować),a związane z nimi poziomy energetyczne - poziomami akceptorowymi.Półprzewodnik po domieszkowaniu go akceptorami staje się półprzewodnikiem typu p. Dioda półprzewodnikowa powstaje przez zetknięcie dwóch półprzewodników o różnych rodzajach przewodności niesamoistnej.Granica zetknięcia półprzewodnika typu n nosi nazwę złącza p-n.Uzyskać można w jednym krysztale,jeżeli wytworzyć w nim dzięki odpowiednim domieszkom obszary o przewodności p,n.Złącze p-n znajduje się w obudowie metalowej chroniącej go przed uszkodzeniami mechanicznymi i wpływami atmosferycznymi.
W obszarze złącza p-n elektrony przechodzą z półprzewodnika typu n do p , natomiast dziury w kierunku przeciwnym.Zjawisko to nazywamy dyfuzją nośników ładunku , a jego przyczyną jest różnica koncentracji nośników po obu stronach złącza. W wyniku tego procesu w cienkim obszarze półprzewodnika typu n wystąpi nadmiar ładunku dodatniego.Natomiast w obszarze półprzewodnika typu p wystąpi nadmiar ładunku ujemnego.Tak więc warstwa podwójna wytwarza lokalne pole elektryczne Enp o kierunku od typu n do p przeciwdziałające dalszej dyfuzji nośników ładunku. Natężenie prądu I płynącego przez złącza p-n pod wpływem przyłączonego z zewnątrz napięcie U wyraża się następującym wzorem:
I = Is { exp [ | e | (U/kT)] - 1 }
gdzie: Is - tzw.prąd nasycenia;
e - ładunek elementarny;
k - stała Boltzmanna.
W kierunku przewodzenia ( U > 0 ) prąd ( I > 0 ) wzrasta gwałtownie ze wzrostem napięcia , a w kierunku zaporowym ( U < 0 ) prąd ( tu I < 0 ) szybko osiąga wartość ekstremalną ( I = - Is) .