Injekce je fyzikální jev pozorovaný u polovodičových homo- a heteropřechodů , při kterém při průchodu elektrického proudu v propustném směru přes pn přechod vznikají vysoké koncentrace nerovnovážných („injektovaných“) nosičů náboje v oblastech sousedících s křižovatka . Injekční jev je důsledkem snížení výšky potenciálové bariéry v pn přechodu, když je na něj aplikováno propustné napětí.
Fenomén injekce je základem fungování mnoha polovodičových zařízení : diod, bipolárních tranzistorů, tyristorů, injekčních tranzitních diod, LED a polovodičových injekčních laserů.
Charakteristickým rysem jevu vstřikování u heteropřechodů je možnost pozorování jevu superinjekce , při kterém může koncentrace vstřikovaných nosičů převýšit koncentraci dopantů v oblasti, ze které k injekci dochází. Tento jev je zásadně důležitý pro provoz polovodičových injekčních laserů .
Při dostatečně vysoké teplotě, kdy jsou atomy nečistot téměř úplně ionizovány, je v n-oblasti dotované donory o koncentraci Nd koncentrace většinových nosičů ( elektronů ) rovna n n ≈ N d . Protože koncentrace elektronů n a děr p v nedegenerovaném polovodiči souvisí vztahem n p = n i [1] , kde n i je vlastní koncentrace nosičů náboje, je koncentrace menšinových nosičů (děr) v oblasti n se rovná p n = n i 2 / n n a n ≫ n i ≫ p n .
V oblasti typu p dopované akceptory o koncentraci Na je koncentrace děr rovna p p ≈ N a , současně je koncentrace elektronů n p = n i 2 / p p , zatímco p p ≫ n i ≫ n p .
Rozložení koncentrací elektronů a děr v pn přechodu za nepřítomnosti proudu je znázorněno na obrázku vpravo. Jak je vidět, koncentrace děr v oblasti děr p p (hlavní nosiče) je konstantní a velká. V přechodové oblasti klesá o mnoho řádů a nabývá malé hodnoty p n v oblasti n (menšinové nosiče). Podobně se mění koncentrace elektronů z velké hodnoty n n v n-oblasti na malou hodnotu n p v p-oblasti.
V rovnovážném stavu (při nulovém předpětí) je výška potenciálové bariéry Vbi nastavena tak, aby toky nosiče náboje proudící přes pn přechod v obou směrech byly přesně kompenzovány . Například tok elektronů pohybujících se z n- do p-oblasti v důsledku difúze a překonání potenciálové bariéry se rovná toku minoritních elektronů, které se generují v p-oblasti a přibližují se k pn přechodu a jsou zakresleny elektrickým polem do n-oblasti. Totéž platí pro díry.
Pokud je nyní na pn-přechod přivedeno předpětí, pak bude rovnováha narušena, toky budou nekompenzované a přes přechod bude protékat elektrický proud . V tomto případě bude hodnota proudu záviset na znaménku použitého napětí.
Zvažte, co se stane s difúzními a driftovými proudy, pokud je na pn přechod aplikováno kladné vnější předpětí. Při U>0 se díry z p-oblasti vrhnou do n-oblasti, kde se stanou menšinovými nosiči. Protože p p > p n , budou tyto díry rekombinovat s elektrony. Kvůli konečnosti životnosti díry τ p však k rekombinaci nedojde okamžitě, proto v některé oblasti mimo přechod zůstane koncentrace díry větší než p n . Současně se také zvýší koncentrace elektronů v n-oblasti, protože z elektrody budou vstupovat další elektrony, aby kompenzovaly prostorový náboj přicházejících otvorů. Podobně se elektrony přesunou do oblasti p, stanou se tam menšinovými nosiči a postupně se rekombinují s dírami. Proto vzroste i koncentrace elektronů vlevo od přechodu a zvýší se i koncentrace děr, které budou vstupovat z levé elektrody, aby kompenzovaly prostorový náboj elektronů.
Injekce tedy spočívá ve zvýšení koncentrace nosičů obou znaků na obou stranách přechodu, to znamená ve výskytu kvazineutrálních oblastí se zvýšenou vodivostí . [jeden]