«С»: Я понял твои сомнения, дорогой Аматор! Виноваты в них, прежде всего, плохие популяризаторы. Они, почему-то забывают указать один существенный нюанс. Действительно, «лишний электрон», как может по казаться, появляется у одного из атомов германия… Но Природа устроена очень интересно! Этот электрон не отправляется в путешествие по кристаллу! Он хитрым квантовым образом взаимодействует… с атомом индия. А поскольку образовать ковалентную связь с электронами индия, как мы уже говорили, он не может (все валентные электроны индия уже заняты), то возникает своего рода «ловушка», которая как бы «привязывает» этот «лишний» электрон. А в результате — в создании проводимости этот электрон не участвует!
«А»: Но атом германия (или кремния), «потерявший» таким образом один из своих электронов становится электроположительным?
«С»: Ну конечно! У него образуется незаполненная ковалентная связь, которая ВСЕГДА готова принять свободный электрон. И она его принимает… от соседнего атома германия (либо кремния)! Вот почему эту вакансию или брешь в физике полупроводников почетно именуют ДЫРКА! А теперь обратите внимание на рис. 11.1, который показывает фазы ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, когда к полупроводнику p-типа (positive — положительный) приложено напряжение.
«А»: Пожалуй, я попробую рассказать о динамике изображенного процесса. В полупроводнике p-типа дырка, представляющая собой положительный заряд, перемещается от положительного полюса к отрицательному. На предложенных рисунках рассматриваются последовательные фазы этого процесса. В последнем из рисунков, электрон, поступивший от источника тока, заполняет ближайшую к отрицательному полюсу дырку. Одновременно с этим, другой электрон покидает ближайший к положительному полюсу атом. На месте этого электрона возникает новая «дырка»! Ну и так далее!
«С»: А что еще можно сказать по этому поводу?
«А»: Разве что отметить тот интересный факт, что когда электроны, в полном соответствии с физикой, перемещаются внутри кристалла к положительному полюсу, дырки перемещаются к… отрицательному!
«С»: И делают это так, как будто они являются РЕАЛЬНЫМИ частицами с положительным зарядом!
«Н»: Только теперь до меня дошло, почему раньше вместо ясного и четкого выражения «движение электрона», Аматор часто употреблял выражение — «носитель электрического заряда».
«А»: Слава Богу, Незнайкин, слава Богу! Но, дорогой Спец, разъясните нам понятнее, что такое р-n-переход?
«С»: Давайте проделаем мысленный эксперимент. Но еще прежде уясним себе, что именно на физических свойствах контактов между полупроводниками p-типа и n-типа, а также на контактах металл — полупроводник базируются принципы действия подавляющего большинства современных электронных элементов. Так вот, на границе раздела между двумя различными по типу электропроводности полупроводниками возникают ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРЫ. А сама зона разграничения носит название Р-N-ПЕРЕХОДА. Информация к размышлению — его толщина порядка 0,3 микрона и меньше.
«Н»: И эти различные области взаимодействуют между собой?
«С»: И еще как! Во-первых, отрицательно ионизированные акцепторы оттолкнут от р-n-перехода свободные электроны области n (см. рис. 11.2)!
«А»: По этой же причине ионизированные доноры будут противодействовать дыркам области р приближаться к р-n-переходу! Ведь одноименные заряды отталкиваются!
«С»: Но, кроме того, доноры n-области притягивают к р-n-переходу электроны из области р, в результате чего в районе самого р-n-перехода избытка дырок отнюдь не наблюдается. Можно сказать и иначе — дырки области р уходят от р-n-перехода!
«А»: Иными словами, в прилегающем к р-n-переходу объеме области р все акцепторы будут заполнены, то есть ионизированы отрицательно. Точно так же в области n все доноры вблизи перехода потеряют по электрону. И станут положительно заряженными ионами.
«С»: В то же время свободные носители электрического заряда (электроны и дырки) в районе перехода ОТСУТСТВУЮТ! Следовательно, р-n-переход превращается в некий БАРЬЕР между двумя областями, из которых одна имеет положительный, а другая — отрицательный потенциал.