Номер 1271, страница 288 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

1271. *Почему свободные носители электрических зарядов не могут удерживаться в области n-p-перехода?

Решение
Свободные носители электрических зарядов (электроны и дырки) не могут удерживаться в области n-p-перехода из-за возникновения в этой области сильного внутреннего электрического поля. Этот процесс можно разбить на несколько этапов:

1. Диффузия и рекомбинация. При создании контакта между полупроводниками n-типа (с избытком свободных электронов) и p-типа (с избытком дырок) начинается диффузионный процесс. Электроны из n-области переходят в p-область, где их концентрация значительно ниже, а дырки из p-области перемещаются в n-область. Вблизи границы контакта встречные потоки электронов и дырок рекомбинируют, то есть взаимоуничтожаются.

2. Образование области пространственного заряда. В результате рекомбинации в приконтактной области n-полупроводника остаются некомпенсированные положительные заряды ионизированных атомов донорной примеси (которые неподвижны в кристаллической решетке). Аналогично, в приконтактной области p-полупроводника остаются некомпенсированные отрицательные заряды ионизированных атомов акцепторной примеси.

3. Возникновение внутреннего электрического поля. Эти два слоя неподвижных разноименных зарядов образуют так называемый обедненный (или запирающий) слой, который и представляет собой область n-p-перехода. В этом слое возникает внутреннее электрическое поле, направленное от положительно заряженного слоя в n-области к отрицательно заряженному слою в p-области.

4. Действие поля на носители заряда. Именно это внутреннее электрическое поле и является причиной, по которой свободные носители не могут находиться в данной области. Если в обедненный слой попадает свободный носитель заряда (например, в результате тепловой генерации пары электрон-дырка), поле немедленно воздействует на него:

• На электрон (отрицательный заряд) действует сила, направленная против поля, которая выталкивает его обратно в n-область.
• На дырку (положительный заряд) действует сила, направленная по полю, которая выталкивает её обратно в p-область.

Ответ: Свободные носители электрических зарядов не могут удерживаться в области n-p-перехода, так как возникающее в этой области из-за неподвижных ионизированных атомов примеси внутреннее электрическое поле немедленно выталкивает их из этой зоны: электроны — в n-область, а дырки — в p-область.