Bỏn dẫn loại P, lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tử là hạt dẫn thiểu số. Bỏn dẫn loại N, điện tử là hạt dẫn đa số, lỗ trống là hạt dẫn thiểu số. Khi cho 2 bỏn dẫn này tiếp xỳc cụng nghệ với nhau, tại bề mặt tiếp xỳc, lỗ trống sẽ khuếch tỏn từ bỏn dẫn P sang bỏn dẫn N, ngƣợc lại điện tử sẽ khuếch tỏn sang bỏn dẫn P (vỡ cú sự chờnh lệch về nồng độ nn >>np và pp>>pn). Nhƣ vậy, tại gần bề mặt tiếp xỳc bỏn dẫn P sẽ cú những ion õm của cỏc nguyờn tử acxepto đó bị ion húa, tại gần bề mặt tiếp xỳc bỏn dẫn N cũn lại cỏc ion dƣơng của cỏc đono bị ion húa. Do sự khuếch tỏn cỏc hạt đa số mà tại miền lõn cận mặt tiếp xỳc mất đặc tớnh trung hũa về điện. Phớa N tớch điện dƣơng, phớa P tớch điện õm => hỡnh thành nờn 1 điện trƣờng khuếch tỏn Ekt, gọi là nội trƣờng (trƣờng phớa bờn trong), chiều của Ekt từ hƣớng từ N sang P. Nhƣ vậy, Ekt chống lại sự dịch chuyển của cỏc hạt đa số (chống lại xu hƣớng khếch tỏn ban đầu). Nhƣng trƣờng hợp này lại cuốn điện tử từ P sang N, lỗ trống từ N sang P => làm tăng cƣờng sự dịch chuyển của hạt dẫn thiểu số. Khi sự khuếch tỏn xảy ra mónh liệt vựng điện tớch õm, dƣơng ở 2 phớa bỏn dẫn P, N càng rộng ra (số điện tớch tăng lờn) => Ekt tăng lờn=> dũng khuếch tỏn cỏc hạt đa số Ikt giảm đi, cũn dũng cuốn cỏc hạt thiểu số Itr ngày càng tăng lờn. Cuối cựng dũng cuốn cỏc hạt đa số bằng dũng cuốn cỏc hạt thiểu số (Ikt = Itr), tức là cú bao nhiờu hạt dẫn đƣa từ P sang N thỡ cú bấy nhiờu hạt dẫn đƣợc đƣa từ N sang P => chuyển tiếp p-n ở trạng thỏi cõn bằng. Đú là một trạng thỏi cõn bằng động.
Ở trạng thỏi cõn bằng, số ion õm nằm trờn bề mặt tiếp xỳc về phớa P và số ion dƣơng nằm trờn bề mặt tiếp xỳc về phớa N bằng nhau khụng đổi, do đú cƣờng độ nội trƣờng Etx cũng đạt tới giỏ trị nhất định. Miền cỏc ion dƣơng và õm trờn khụng cú hạt dẫn cho nờn gọi đú là miền điện tớch khụng gian (đụi khi cũn gọi là miền nghốo). Khoảng cỏch từ bờ miền điện tớch khụng gian phớa P sang bờ miền điện tớch khụng gian phớa N gọi là độ rộng miền điện tớch khụng gian (Xm). Khi đạt đến trạng thỏi cõn bằng độ rộng miền điện tớch khụng gian cũng xỏc định.
Hiệu điện thế tiếp xỳc cú giỏ trị xỏc lập, đƣợc xỏc định bởi :
p n tx n p p n kT kT ln( ) ln( ) q p q n
Với những điều kiện tiờu chuẩn, ở nhiệt độ phũng, tx cú giỏ trị khoảng 0,3V với loại tiếp xỳc p-n làm từ Ge và 0,6V với loại Si.
Hỡnh 3.1. Mặt ghộp PN khi chƣa cú điện trƣờng
a. Mụ hỡnh cấu trỳc một chiều
b. Phõn bố nồng độ hạt theo phƣơng x c. Vựng điện tớch khối tại lớp nghốo
d. Hiệu thế tiếp xỳc hay hàng rào thế tại nơi tiếp xỳc Tuỳ theo sự phõn bố tạp chõt tại gần bề mặt tiếp xỳc ngƣời ta chia chuyển tiếp P- N thành hai loại chớnh: nếu sự biến đổi nồng độ tạp chất tại bề mặt tiếp xỳc xảy ra đột
ngột, gọi là chuyển tiếp nhảy bậc, nếu sự biến đổi nồng độ xảy ra từ từ gọi là chuyển tiếp tuyến tớnh. Tuy nhiờn đặc tớnh của hai chuyển tiếp khỏc nhau khụng nhiều lắm.
Quan sỏt giản đồ năng lƣợng của chuyển tiếp p-n: Trục đứng biểu diễn năng lƣợng toàn phần của điện tử và trục ngang biểu diễn kớch thƣớc hỡnh học của chuyển tiếp p-n
Hỡnh 3.2. Giản đồ năng lƣợng của chuyển tiếp P-N ở điều kiện cõn bằng
FecmiTrờn giản đồ năng lƣợng của chuyển tiếp p-n tại những miền cú điện trƣờng tiếp xỳc, ranh giới của cỏc miền năng lƣợng sẽ bị cong đi. Tại những miền ở xa lớp tiếp xỳc, khụng tồn tại điện trƣờng khuyếch tỏn do đú ranh giới của cỏc miền năng lƣợng khụng bị ảnh hƣởng và đƣợc biểu diễn bằng cỏc đƣờng nằm ngang. Hiệu điện thế tiếp xỳc tx xỏc định chiều cao rào thế của chuyển tiếp P-N ở điều kiện cõn bằng (tx = qEtx).
Vị trớ mức trong chuyển tiếp PN ở trạng thỏi cõn bằng khụng đổi, cú nghĩa là mức Fecmi trong miền điện tớch khụng gian trong bỏn dẫn N và P bằng nhau.
Miền P cao hơn miền N một mức. Điều này cú nghĩa là trong miền khụng gian tồn tại điện trƣờng từ N đến P. Giản đồ năng lƣợng trong miền khụng gian bị uốn cong, điều này phản ỏnh sự thay đổi của thế năng điện tử. Nếu điện tử muốn đi từ N sang P hoặc lỗ trống muốn đi từ P sang N đều phải vƣợt qua chiều cao mức uốn năng lƣợng.