Посмотрим теперь, что произойдет, если плотно соединить два полупроводника противоположных типов (рис. 120). Изменит ли образовавшийся n-р переход распределение зарядов внутри каждого из соединенных таким образом полупроводников?
Рис. 120. Переход между полупроводниками типов n и р. Внимание привлекает возросшая плотность ионизированных атомов вблизи перехода. Они отталкивают дырки и электроны.
Ты догадываешься, что атомы-доноры зоны n, ионизированные положительно, притянут атомы-акцепторы зоны р, ионизированные отрицательно. В результате по обе стороны перехода увеличится плотность ионизированных атомов. Но если заряды противоположной полярности притягиваются, то заряды одинаковой полярности отталкиваются. Следовательно, положительные ионы, которые сгруппировались около перехода в зоне n, оттолкнут положительные дырки зоны р. Что же касается отрицательно ионизированных атомов, то, сгруппировавшись у перехода в зоне р, они оттолкнут свободные электроны в зоне n.
Итак, соединение двух полупроводников противоположных типов вызвало в каждом из них перемещение свободных электронов, не изменив при этом общего заряда, который остается равным нулю. В самом деле, как в полупроводнике n, так и в полупроводнике р положительные заряды имеют такую же величину, как и отрицательные.
А теперь приложим к полупроводниковому n-р переходу напряжение, подключив положительный полюс источника к зоне n, а отрицательный полюс — к зоне р (рис. 121). Что же произойдет?
Рис. 121. Прилагая к n-р переходу обратное напряжение, лишь оттягивают электроны к положительному полюсу, а дырки — к отрицательному: никакой ток тут пройти не может.
Положительный потенциал, приложенный к зоне n, еще больше притянет свободные электроны, которые уже имели наибольшую плотность на этом конце, и оттолкнет положительные ионы, еще больше увеличив их плотность у перехода. В это же время отрицательный потенциал, приложенный к зоне р, притянет атомы-дырки, собравшиеся на этой стороне, и оттолкнет к переходу еще большее количество отрицательно ионизированных атомов.
Как видишь, ток через переход практически не протекает. Вследствие приложения к переходу напряжения увеличилась плотность ионизированных атомов, положительных атомов-дырок и свободных электронов.
А теперь посмотрим, что произойдет, если мы приложим напряжение в соответствии с полярностью полупроводника: положительный полюс источника к зоне р, а отрицательный — к зоне n (рис. 122).
Рис. 122. Здесь напряжение приложено в прямом направлении: положительный полюс соединен с зоной р, а отрицательный — с зоной n. В этом случае ток проходит через переход.
Отрицательный потенциал оттолкнет свободные электроны в полупроводнике n к переходу, который они свободно преодолеют благодаря притяжению положительным полюсом источника. Со своей стороны, положительный потенциал оттолкнет положительные атомы-дырки через переход в зону n.
Если ты желаешь получить более подробное объяснение, я скажу, что положительный полюс притянет и поглотит электрон зоны р каждый раз, когда свободный электрон преодолеет n-р переход Образовавшаяся таким образом дырка в атоме, расположенном близко к концу зоны р, будет заполнена электроном, приходящим с атома, расположенного ближе к переходу, а образовавшаяся в результате ухода этого электрона дырка, в свою очередь, будет заполнена электроном, пришедшим с атома, расположенного еще ближе к переходу, и т. д. Этим и объясняется движение дырок через переход из зоны р в зону n, тогда как электроны преодолевают переход в обратном направлении.