Здравствуйте.
Объясните пожалуйста почему с помощью вольтметра нельзя измерить разность потенциалов, создаваемую областями пространственного заряда (ОПЗ) внутри p-n перехода? В книгах по твердотельной электронике есть формулы для вычисления этой разности потенциалов и приводится объяснение процесса образования ОПЗ, но если подключить вольтметр к диоду не включенному в электрическую цепь, вольтметр покажет 0 вольт, а не упомянутую разность потенциалов.
В книге "Integrated electronics: analog and digital circuits and systems" Millman, Halkias этот феномен объясняется в двух словах - якобы металлические контакты к p и n областям создают невыпрямляющие переходы, которые и компенсируют внутреннее поле p-n перехода, если к нему не подключен источник внешнего смещения. Однако хотелось бы получить более детальное объяснение, чтобы понять явление в деталях. Буду благодарен за объяснение или за отсылку к литературе где этот вопрос подробно описан.

Вольтметр не представляет из себя какого-либо источника. По сути это сопротивление, при измерении поднесенное к p-n переходу. Из-за отсутствия источника (или внешнего источника) эл цепь никак не замкнута, чтобы протекал ток для измерения разности потенциалов.

Если закрыт кран, вы же не знаете, есть вода в водопроводе или нет.
Чтобы узнать нужно открыть кран ... как-то так абстрагируясь, если по простому.

Извините, не понял ваше объяснение. В диоде даже при отсутствии внешнего смещения есть источник ЭДС - положительные и отрицательные ионы в области pn-перехода, пространственно разнесенные. Между этими группами ионов существует разность потенциалов и электрическое поле. По формулам эта разность потенциалов при нулевом внешнем смещении равняется 0.5-0.8 вольт в зависимости от температуры и концентраций примесей в p и n областях. Почему вольтметр не показывает это напряжение? Или другими словами, если подключить сопротивление параллельно диоду, почему через это сопротивление не течет ток, раз внутри диода есть электрическое поле?

1) уясните, что в диоде нет источника ЭДС, за исключением тепловых шумов.
2) положительные и отрицательные ионы в области pn-перехода, пространственно разнесенные не как не могут быть источником ЭДС.

Но в учебниках по твердотельной электронике пишут, что эти положительные и отрицательные ионы даже при отсутствии внешнего смещения создают в области p-n перехода разность потенциалов (потенциальный барьер) и электрическое поле, которое препятствует диффузии основных носителей и переносит неосновные носители из одной области в другую. Правильно? Почему это внутреннее поле не является источником ЭДС? Оно же создает дрейфовый ток неосновных носителей из одной области в другую.

Почему, почему, ... по определению что является источником ЭДС. Просто почитайте и подумайте почему.

Да, эт я ошибся, прошу прощения. Внутри неосвещенного p-n перехода эдс нет, но напряжение даже при отсутствии внешнего смещения есть. Почему вольтметр не показывает это напряжение?

Эта разность потенциалов действует локально только внутри контакта (перехода) полупроводников различной проводимости и измерить её невозможно. Можно только математически рассчитать по некоторым параметрам специальными программами создания моделей полупроводниковых компонентов.

Если бы он показал не "0" - то получился бы вечный двигатель.

Так в том то и дело, что вечного двигателя не существует и вольтметр показывает 0.
Мне интересно понять физику процесса, почему там 0 вольт, а теория говорит о существовании
внутри pn-перехода потенциального барьера 0.5 - 0.8 вольт в зависимости от температуры и
концентрации примесей в p и n областях. Какие силы экранируют/компенсируют эту встроенную
разность потенциалов?

Тут читали?
http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/3_07.htm
Что там непонятно?

Спасибо за ссылку. Всю эту теорию я знаю. Если вы имели в виду цитату "Эти токи направлены в разные стороны и в отсутствие внешнего электрического поля компенсируют друг друга. Поэтому полный ток через переход равен нулю", то она не дает полного ответа на мой вопрос, т.к. в этой цитате имеется в виду разомкнутая цепь, а меня интересовала замкнутая.
Но я таки наконец понял почему вольтметр не показывает эту внутреннюю разность потенциалов. И помогло ваше разъяснение на счет того, что в диоде который не подвергается электромагнитному облучению отсутствует ЭДС которая снабжает электронами n область и обедняет ими p-область. Другими словами объемный пространственный заряд (ОПЗ) ионов примесей в области pn-перехода создает разность потенциалов, но эта разность потенциалов не приводит к появлению тока в замкнутой цепи, поскольку внутри ОПЗ отсутствует электродвижущая сила (ОПЗ - это диэлектрик). Возьмем диод, замкнет его через резистор и допустим, что под действием внутреннего поля, которое создается нескомпенсированными положительными ионами примесей в n области и отр. ионами в p области, электроны будут двигаться через резистор из p области в n. Но когда эти электроны попадут в n область их будет тормозить это же поле которое якобы приводит их в движение. Пришли к противоречию. Ну а раз ток не течет, то и потенциальный барьер нельзя измерить при помощи вольтметра и нужно использовать другие методы.

.. да диэлектрик, ... а возмите металлы к примеру аллюминиевую и медную монету, между ними промыкашку смоченную слюной или раствором поваренной соли и можете замерить разность потенциалов вольтметром.
Теперь можете переходить к пониманию токов тепловых шумов диодов, обратных, теневых токов и тд и тп. Поскольку абсолютного нуля нет.