Зависимость вольт-амперной характеристики от материала р- и n-областей и температуры27

При прямом смещении р—n- перехода часто удобнее счи­тать независимой переменной не U, а I, представляя (2.18) в виде

. (2.20)

Величина прямого тока I конкретного перехода в конеч­ном счете определяется высотой потенциального барьера . Поэтому при заданном прямом токе I величину мож­но также считать заданной и, как тогда следует из уравнения(2.5), величина прямого напряжения Uбудет определяться величиной .

Максимальная величина прямого напряжения Uне может превышать величины контактной разности потенциалов , так как при потенциальный барьер между р- и n-об­ластями исчезает (рис. 2.3, б) и прямой ток через р—n-пере­ход ограничивается только низкоомными сопротивлениями объемов р- и n-областей. Величина прямого тока при этом может намного превышать предельно допустимый ток пере­хода. Поэтому реальные переходы в таком режиме обычно не работают.²⁸

Обратный ток перехода , как следует из уравнения (2.19), определяется концентрацией неосновных носителей и . Используя закон действующих масс, эти концентрации можно связать со степенью легирования р- иn- областей. Согласно этому закону, имеем

; ; (2.21)

Тогда (2.22)

Из этих уравнений следует, что и обратный ток , и прямое напряжение Uзависят от степени легирования р- и n-об­ластей. Согласно (2.22), с повышением степени легирования уменьшается, что при прочих равных условиях ведет кувеличению прямого напряжения U(2.20). Такая зависимость получается вследствие того, что при увеличении сте­пени легирования концентрация основных носителей повы­шается, а концентрация неосновных носителей, которая опре­деляет обратный ток , падает. С повышением степени ле­гирования высота потенциального барьера возрастает, стремясь в пределе к величине (2.1). Следовательно, при одном итом же прямом токе падение напряжения на р—п-переходе с более легированными р- и nобластями будетбольше²⁹.

При одинаковой степени легирования и равных площадях кремниевые р—n-переходы имеют гораздо меньшую величи­ну и большее прямое напряжение U, чем германиевые. Это связано с разницей величины этих полупроводников, которая определяет как концентрацию неосновных носителей (2.21), так и высоту потенциального барьера (2.1).³⁰

Температурная зависимость как прямой, так и обратной ветви вольт-амперной характеристики обусловлена увеличе­нием ионизации атомов собственно полупроводника с ростом температуры. Так как при этом носители генерируются па­рами электрон—дырка, то концентрация основных и неосновных носителей увеличивается на одну и ту же величину. Но так как концентрация основных носителей на несколько по­рядков превосходит концентрацию неосновных, то в области естественных температур заметно изменение лишь концент­рации неосновных носителей, а относительное изменение кон­центрации основных носителей мало. Увеличение концентрации неосновных носителей приводит к росту обратного тока р—n- перехода и уменьшению величины контактной разности потенциалов (2.2), а следовательно, и прямого напряже­ния Uна р—n-переходе. Так как , то, как следуетиз(2.22), с ростом температуры увеличивается примернопо экспоненциальному закону, а прямое напряжение, как следует из (2.1), уменьшается по линей­ному закону³¹. Изменение вольтамперной характеристики с тем­пературой показано на рис. 2.10.

Рис. 2.10 Статическая ВАХр—п- перехода при различных тем­пературах.