Энергетическая диаграмма электронно-дырочного перехода

Энергетические диаграммы уединенных pи n-областей полупроводника показаны на рисунке. В p-области уровень Ферми W_Fp смещен в сторону валентной зоны, а в n-области уровень Ферми W_Fn — в сторону зоны проводимости.

В p-n-структуре энергия уровня Ферми W_F должна быть всюду одинакова:

W_F = W_Fp = W_Fn,.

так как в любой точке тела он имеет одну и ту же вероятность заполнения его электроном, равную, по определению, Ѕ, а одной и той же вероятности заполнения уровней должна соответствовать одна и та же их энергия.

Поскольку расположение энергетических зон относительно уровня Ферми в каждой из областей (дырочной и электронной) фиксировано, из постоянства энергии уровня Ферми по всей p-n-структуре вытекает, что валентные зоны, а также зоны проводимости pи n-областей должны быть смещены относительно друг друга на величину W_Fn — W_Fp.

Из условий динамического равновесия процессов диффузии и дрейфа носителей заряда в p-n-переходе следует, что разность минимальных энергий электронов проводимости в pи n-областях p-n-структуры W_cn — W_cp должна быть равна, так же как и разность энергий дырок, поэтому можно записать:

Концентрация электронов в зоне проводимости n-области выше, чем в p-области, так как минимальная их энергия здесь ниже (на величину), чем в зоне проводимости p-области. Аналогично, концентрация дырок в валентной зоне p-области выше, чем в валентной зоне n-области.

Непосредственно в области перехода энергетические уровни, как в зоне проводимости, так и в валентной зоне расположены наклонно, что свидетельствует о наличии градиента потенциала, а, следовательно, и электрического поля, которое выталкивает подвижные носители заряда из перехода. По этой причине концентрация электронов и дырок в переходе очень низка.