Как обьяснить выпрямляющие свойства p-n-перехода. Как обьяснить выпрямляющие свойства p-n-перехода

Не слушайте троечников.. .

Это объясняется МЕХАНИЗМОМ ПРОХОЖДЕНИЯ ТОКА через такой переход. Основной механизм токопередачи - рекомбинационный. В "нормальном" состоянии - нулевом напряжении на переходе - между р- и n-областями существует "обеднённая область" - участок полупроводника, в котором вообще нет носителей. Т. е. фактически этоизолятор. На этом участке образуется встроенная разность потенциалов (в конце объясню, почему) , которая и разделяет носители. Если на переход подавать обратное напряжение, то эта разность поетнциалов только увеличится, как и ширина обеднённого слоя. То есть он как не проводил - так и не будет проводить.
А вот если подавать прямое напряжение - то оно начнёт сжимать обеднённую область. То есть области с ВЫСОКОЙ концентрацией носителей, той, которая характерна для однородной области р- и n-зоны кристалла, будут всё ближе и ближе друг к другу. Поскольку концентрация падает не скачком, а более-менее плавно, то хвосты этих распределений встретятся даже раньше, чем контактная разность скомпенсируется внешним напряжением до нуля. А что происходит при встрече электронов и дырок? А происходит рекомбинация. Электроны просто заполняют дырки, в буквально смысле. Тем самым нарушается электронейтральность полупроводника - и на место рекомбинировавших носителей тотчас приходят новые. И с одной, и с другой стороны. Вот этот механизм рекомбинации носителей в зоне перехода и создаёт в нём ток.

Теперь десерт. Почему, собсно, возникает контактная разность потенциалов.
С концентрацией примеси и с типом проводимости связано такое понятие, как уровень Ферми. Электроны - частицы с полуцелым спином, и термодинамически их поведение в кристалле описывается статистикой Ферми. Графически распределение электронов выглядит как размытая ступенька (при абсолютном нуле ступенька становится идеальной) . Уровень Ферми показывает, на какой энергии вероятность того, что электрон именно это значение энергии и имеет, равна 1/2.
Если теперь рассмотреть зонную структуру полупроводника, то там получается, что для "чистого" - собственного - полупроводника уровень Ферми расположен примерно посередине запрещённой зоны. А вот легирование проводника примесью n- или р-типа приводит к смещению кровня Ферми соответствнно "вверх" (к зоне проводимости) или "вниз" (к валентной зоне) . То есть по отношению к запрещённой зоне уровень Ферми оказывается смещённым относительно её середины либо в одну сторону, либо в другую - в зависимости от типа проводимости.
И фундаментальным свойством любой равновесной системы является постоянство уровня Ферми в этой системе (фактически он выступает полным аналогом "химического потенциала" в распределении Гиббса, описывающим любую термодинамическую систему с переменным числом частиц. Как раз наш случай) . Значит, в равновесном состоянии в pn-переходе уровень Ферми должен быть "плоским". Но раз расстояние от этого уровня до, скажем, зоны проводимости разное для р- и n-областей, то необходимо должны искривляться границы запрещённой зоны. И именно так они и выглядят - рисунок можно найти в любой книжке по физике полупроводников. А искривление границы зон - это изменение потенциала, и разный уровень зоны в разных точках означает разность потенциалов между этими зонами.
Вот так и и возникает контакная разность потенциалов в переходе.