Вольтмперная характеристика реального p-n перехода.

В ольтамперная характеристика реального диода отличается от теоретической ВАХ идеализированного перехода. Расхождение в обратных ветвях связано, во-первых наличием поверхностного тока утечки I_ут, который растёт пропорционально обратному напряжению. Во-вторых, величина обратного тока в реальном переходе увеличивается за счёт термотока I_T, обусловленного процессом генерации носителей заряда в самом p-n переходе, который не учитывался при выводе ВАХ. С ростом обратного напряжения термоток растёт пропорционально √U_обр.

На ход прямой ветви оказывает влияние сопротивление объёмов полупроводников по обе стороны p-n перехода, которым мы пренебрегли. Особенно сильное влияние оказывает область базы, т.е. область с меньшей степенью легирования. Прямой ток создаёт на базе падение напряжения U_б = I · r_б. Поэтому напряжение, действующее непосредственно на переходе будет

U- I · r_б .

Характеристические сопротивления p-n перехода.

С войства p-n перехода количественно можно охарактеризовать его сопротивлением постоянному и переменному току. Соответственно R ₀ = U / I – сопротивление постоянному току, а R _д = dU / dI – дифференциальное сопротивление или сопротивление переменному току достаточно малой амплитуды. Вследствие нелинейности ВАХ перехода, R ₀ и R _д имеют значительно меньшие значения на прямой ветви чем на обратной. С другой стороны всегда R ₀ > R _д в области прямых токов, а в области обратных токов R ₀ < R _д . Отметим, что обе эти величины являются функциями напряжения или тока R ₀ = f(U) или R ₀ = f(I) и R _д = f (U) или R _д = f (I), т.е. значения этих величин зависят от положения точки на ВАХ в которой они были определены.

Емкостные свойства p-n перехода.

Так как процессы, происходящие в p-n переходе при изменении напряжения на нём, связаны с перемещением и изменением зарядов, следует ожидать проявления емкостных свойств перехода в целом. Различают два типа емкостных характеристик, присущих p-n переходу.

Барьерная или зарядная емкость p-n перехода.

Так как область объёмного заряда в переходе, представляет собой двойной слой противоположных по знаку неподвижных зарядов, а толща полупроводника по обе стороны перехода обладает достаточно хорошей проводимостью, то в целом такой p-n переход можно представить как плоский конденсатор, ёмкость которого рассчитывается по формуле C_бар = dQ/dU = ε·ε₀·S / l .

П оскольку ширина перехода зависит от приложенного напряжения U, то и емкость будет зависеть от напряжения U .

Д ля ступенчатого перехода

Диффузионная ёмкость p-n перехода.

При прямом смещении перехода в p и n областях за счёт инжекции происходит накопление подвижных неравновесных носителей заряда. Отношение изменения инжектированного заряда к изменению напряжения на переходе определяет диффузионную ёмкость p-n перехода

C_диф = dQ_инж / dU. С учётом инжекции в обе стороны p-n перехода

С_диф = q(I _p· τ_p + I _n· τ_n) / k·T ,

где I_n и I_p – электронная и дырочная составляющие прямого тока. Отсюда следует, что диффузионная ёмкость пропорциональна прямому току и может достигать больших значений. Полная ёмкость p-n перехода C_пер= С_бар + С_диф .

Наличие емкости приводит к нежелательным фазовым сдвигам между напряжением на p-n перехо де и током, протекающим через него, при работе приборов на переменном токе.

Эквивалентную схему p-n перехода при работе на малых значениях токов и напряжений можно представить в след. виде. Заметим, что параметры эквивалентной схемы зависят от постоянного смещения

на переходе. Наличие емкостей ухудшает выпрямительные свойства перехода с ростом частоты переменного напряжения.

Однако именно благодаря наличию зависимой от напряжения барьерной емкости перехода, появилась возможность создания специальных приборов, которые мы рассмотрим чуть позже.