Розглянемо фізичні процеси в плоскому p-n переході, що знаходиться в стані рівноваги, тобто при нульовому зовнішньому напрузі на переході (рис. 7, а) і за умов, що
- на межі поділу р- і n- областей відсутні механічні дефекти і включення інших хімічних речовин;
- при кімнатній температурі всі атоми домішки іонізовані, тобто pp = Nn. nn = N д;
- на кордоні р-n переходу тип домішки різко змінюється.
Так як концентрація електронів в n-області набагато більше їх концентрації в р-області, а концентрація дірок в р-області набагато більше ніж в n-області ((і. Як показано на рис. 7, б, то на кордоні розділу напівпровідників виникає градієнт (перепад) концентрації рухливих носіїв заряду (дірок і електронів):.
Під його дією заряди будуть дифундувати з області з більш високою концентрацією в область зі зниженою концентрацією. Направлений рух вільних носіїв, викликане їх нерівномірним розподілом в обсязі напівпровідника, називається дифузійним рухом. Це рух зарядів (основних носіїв) утворює дифузний струм р-n переходу, що містить дві складові: електронну та діркову, - щільність яких визначається з співвідношень
де Dn - коефіцієнт дифузії електронів;
D р - коефіцієнт дифузії дірок;
q - заряд електрона.
Коефіцієнт дифузії показує кількість носіїв заряду, які перетинають в одиницю часу одиничну площадку, перпендикулярну до обраним напрямом, при величині градієнта концентрації в цьому напрямку, що дорівнює одиниці.
В результаті протікання дифузійного струму граничний шар збіднюється рухливими носіями заряду. У приконтактной області n-типу з'являється нескомпенсований малорухливий позитивний заряд за рахунок іонів донорної домішки, а в р-області - негативний заряд за рахунок іонів акцепторної домішки.
Таким чином, на кордоні р- і n-областей виникає подвійний шар об'ємного просторового заряду, наявність якого призводить до утворення електричного поля, напруженість якого дорівнює Едіф. Це поле перешкоджає подальшому протіканню дифузійного струму (струму основних носіїв). Оскільки збіднений шар має малу електропровідність (в ньому практично відсутні рухомі носії заряду), то він називається замикаючим шаром або областю об'ємного заряду.
В n- і р-областях напівпровідника, крім основних носіїв, існують неосновні: дірки в n-області і електрони в р-області. Неосновні носії роблять тепловий рух (дрейф) і переміщаються до замикаючого шару р-n переходу. Їх переміщення характеризується рухливістю # 956 ;. Рухливість дорівнює середній швидкості. купується носіями заряду в напрямку дії електричного поля з напруженістю Е = 1 В / м.
Поле р-n переходу є пришвидшує для неосновних носіїв заряду. Електрони (неосновні носії р-області), підійшовши до переходу, підхоплюються електричним полем і перекидаються в n-область, а дірки n-області - в р-область. Дрейф неосновних носіїв викликає поява електронної та доречний складових струму дрейфу, щільність яких визначається з співвідношень:
де n - кількість електронів;
р - кількість дірок.
Повна щільність струму дрейфу, створювана неосновними носіями, називається тепловим струмом і дорівнює:
При кімнатній температурі деяка кількість основних носіїв заряду має енергію, достатню для подолання поля замикаючого шару, і протікає незначний дифузний струм. Цей струм врівноважується дрейфовим струмом. Тому при відсутності зовнішнього поля в р-n переході встановлюється термодинамічна рівновага струмів. Струм дифузії врівноважується дрейфовим струмом.