2.3.3. Эдп при прямом напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к полупроводнику p-типа, а отрицательным полюсом – к полупроводнику n-типа (рис. 2.9).

Напряжение, полярность которого совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым.

Электрическое поле, создаваемое прямым напряжением, действуют навстречу полю, создаваемому контактной разностью потенциалов _к. Вектор напряженности электрического поля Е_пр направлен встречно. Результирующее поле становится слабее, разность потенциалов уменьшается, уменьшается высота потенциального барьера, возрастает диффузионный ток, так как пониженный барьер может преодолеть большое число основных носителей.

Рис. 2.9. Потенциальная диаграмма p-n-перехода при приложении к нему прямого напряжения

Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как зависит от числа не основных носителей, которые попали за счет своих тепловых скоростей на p-n- переход из p- и n-областей.

Напряжение на переходе (_к - u_пр), не учитывая падение напряжения на сопротивлениях самих p- и n-областей.

При прямом напряжении

Iдр  iдиф,

i_пр= i_диф - i_др 0.

Если барьер значительно понижен, то

Iдиф  iдр,

Iпр  iдиф.

Введение носителей заряда через пониженный потенциальный барьер в области, где эти носители являются не основными, называется инжекцией носителей заряда.

Область, из которой инжектируются заряды у полупроводникового прибора, называется эммитерной, в которой заряды инжектируются – базой.

При прямом напряжении не только уменьшается высота потенциального барьера, но и уменьшается толщина запирающего слоя L.

Если внешнее напряжение U_пр  _к, то потенциальный барьер можно уничтожить. Тогда прямое сопротивление R_пр p-n-перехода будет стремиться к нулю. Большой прямой ток можно получить при очень большом прямом напряжении. Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления p- и n-областей.

2.3.4. Эдп при обратном напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к n-области, отрицательным – к p-области (рис. 2.10).

Под действием U_обр протекает небольшой ток I_обр.

Поле, создаваемое _к, складывается с полем, образованным U_обр. Результирующее поле усиливается, увеличивается высота потенциального барьера (_к + U_обр).

i_обр = i_др - i_диф

При небольшом повышении барьера диффузия прекратится, т.к. собственные скорости носителей малы для преодоления барьера:

i_диф = 0,

i_обр = i_др.

Ток проводимости остается неизменным и определяется числом не основных носителей, попадающих на p-n-переход из p- и n-областей.

Рис. 2.10. Потенциальная диаграмма p-n-перехода при приложении

к нему обратного напряжения

Выведение не основных носителей заряда через p-n-переход ускоряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением, называется экстракцией носителей зарядов. Обратный ток представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением не основных носителей.

2.3.4.1. Механизм установления обратного тока при включении

обратного напряжения

Сначала возникает переходный процесс, связанный с движением основных носителей, которые удаляются от ЭДП.

У отрицательного электрода дырки рекомбинируются электронами, которые приходят из проводника, соединяющего этот электрод с отрицательным полюсом источника.

Так как из n-области уходят электроны, она заряжается положительно, p-область заряжается отрицательно, так как ее дырки заполняются приходящими электронами. Толщина запорного слоя увеличивается.

Такое движение кратковременно, а ток подобен зарядному току конденсатора. Вся система представляет собой конденсатор с плохим диэлектриком, в котором есть ток утечки (его роль выполняет I_обр). Но ток утечки конденсатора в соответствие с законом Ома пропорционален приложенному напряжению, а обратный ток мало зависит от U_обр.

Изменение потенциального барьера, при подаче на него напряжения и изменения ширины ЭДП, часто называют “смещением перехода”.