Injektion er et fysisk fænomen, der observeres i halvleder - homo- og heterojunctions , hvor når en elektrisk strøm føres i fremadgående retning gennem en pn -junction, dannes høje koncentrationer af ikke-ligevægt ("injicerede") ladningsbærere i de områder, der støder op til krydset . Indsprøjtningsfænomenet er en konsekvens af et fald i højden af potentialbarrieren i pn-forbindelsen, når en fremadgående spænding påføres den.
Fænomenet injektion ligger til grund for driften af mange halvlederenheder : dioder, bipolære transistorer, tyristorer, injektionstransitdioder, LED'er og halvlederinjektionslasere.
Et træk ved injektionsfænomenet i heterojunctions er muligheden for at observere fænomenet superinjektion , hvor koncentrationen af injicerede bærere kan overstige koncentrationen af dopingmidler i det område, hvorfra injektionen sker. Dette fænomen er fundamentalt vigtigt for driften af halvlederinjektionslasere .
Ved en tilstrækkelig høj temperatur, når urenhedsatomerne er næsten fuldstændigt ioniserede, i n-regionen doteret med donorer med en koncentration på Nd , er koncentrationen af de fleste bærere ( elektroner ) lig med n n ≈ Nd . Da koncentrationerne af elektroner n og huller p i en ikke-degenereret halvleder er relateret af relationen n p = n i [1] , hvor n i er den iboende koncentration af ladningsbærere, er koncentrationen af minoritetsbærere (huller) i n-området lig med p n = n i 2 / n n , og n n ≫ n i ≫ p n .
I området p-type doteret med acceptorer med en koncentration på N a , er hulkoncentrationen lig p p ≈ N a , samtidig er elektronkoncentrationen n p = n i 2 / p p , mens p p ≫ n i ≫ n p .
Fordelingen af elektron- og hulkoncentrationer i pn-forbindelsen i fravær af strøm er vist i figuren til højre. Som det kan ses, er koncentrationen af huller i hulregionen p p (major carriers) konstant og stor. I overgangsregionen falder den med mange størrelsesordener og får en lille værdi p n i n-regionen (minoritetsbærere). På samme måde ændres elektronkoncentrationen fra en stor værdi af n n i n-regionen til en lille værdi af n p i p-regionen.
I ligevægtstilstanden (ved forspænding nul) er højden af potentialbarrieren Vbi indstillet således, at ladningsbærerens strømme, der strømmer gennem pn-forbindelsen i begge retninger, er nøjagtigt kompenseret . For eksempel er strømmen af elektroner, der bevæger sig fra n- til p-regionen på grund af diffusion og overvindelse af potentialbarrieren, lig med strømmen af minoritetselektroner, der genereres i p-regionen og, når de nærmer sig pn-forbindelsen, tegnes ved det elektriske felt ind i n-regionen. Det samme gælder for huller.
Hvis der nu påføres en forspænding til pn-forbindelsen, vil ligevægten blive forstyrret, strømmene vil være ukompenseret, og elektrisk strøm vil flyde gennem krydset . I dette tilfælde vil værdien af strømmen afhænge af tegnet på den påførte spænding.
Overvej, hvad der vil ske med diffusions- og driftstrømmene, hvis en positiv ekstern forspænding påføres pn-forbindelsen. Ved U>0 vil huller fra p-regionen skynde sig til n-regionen, hvor de bliver minoritetsbærere. Da p p > p n vil disse huller rekombinere med elektroner. På grund af endeligheden af hullevetiden τ p vil rekombination imidlertid ikke forekomme med det samme, derfor vil hulkoncentrationen i nogle områder uden for overgangen forblive større end p n . Samtidig vil koncentrationen af elektroner i n-regionen også stige, da der kommer yderligere elektroner ind fra elektroden for at kompensere for rumladningen af de indkommende huller. På samme måde vil elektroner bevæge sig til p-området, blive minoritetsbærere der og gradvist rekombinere med huller. Derfor vil koncentrationen af elektroner også stige til venstre for overgangen, og koncentrationen af huller vil også stige, som kommer ind fra venstre elektrode for at kompensere for rumladningen af elektroner.
Således består injektionen i at øge koncentrationen af bærere af begge tegn på begge sider af overgangen, det vil sige i udseendet af kvasinuutrale områder med øget ledningsevne . [en]