И неравновесном (б, в) состояниях
Приложение к переходу внешней разности потенциалов приводит к нарушению равенства встречных потоков носителей зарядов, проходящих через переход, и к появлению тока через него. При увеличении обратного напряжения поток основных носителей заряда сначала уменьшается, а затем, когда это напряжение превысит некоторую величину UП0Р, практически прекращается. Через р-п-переход будут свободно проходить только потоки неосновных носителей, движению которых потенциальный барьер не препятствует. Поэтому зависимость обратного тока от напряжения будет следующей: при малых обратных напряжениях, когда через переход еще проходят основные носители зарядов, общий ток будет зависеть от напряжения. При напряжении больше UП0Р поток основных носителей через переход прекратится, а ток станет постоянным – не зависящим от значения обратного напряжения, имея предельное значение I0. Этот ток называют током насыщения, или, учитывая его природу, – тепловым током.
Если поменять полярность внешнего напряжения U – приложить плюс к р-слою, а минус к п-слою (рис. 2, в), то на переходе появится внешнее электрическое поле, которое будет направлено в сторону, противоположную внутреннему полю, что приведет к уменьшению высоты потенциального барьера, ширины и сопротивления р-п-перехода. Такое включение перехода называют прямым.
При прямом включении через р-п-переход пойдет ток, вызываемый движением основных носителей заряда. Однако при |U|<|∆φο| в переходе сохраняется слой, обедненный носителями заряда, из-за чего сопротивление р-п-перехода вначале сохраняет достаточно большую величину, следовательно, ток через переход будет иметь малое значение, возрастая по экспоненте при увеличении U. Когда |U|= |∆φο|, ширина р-п-перехода практически становится равной нулю, а область, обедненная носителями заряда, исчезает. В результате полной компенсации потенциального барьера внешним напряжением полупроводниковый кристалл превращается в своеобразный резистор, сопротивление которого определяется малым собственным сопротивлением полупроводникового кристалла, а через переход пойдет большой прямой ток. Его значение определяется внешним напряжением, приложенным к полупроводниковому кристаллу.
ВАХ р-п-перехода имеет вид, представленный на рис.3,а.
Рисунок 3 – Вольт-амперные характеристики р-п-перехода
В рис.3 использован одинаковый масштаб по горизонтальной и вертикальной осям, поэтому наглядно видно, что ВАХ р-п- перехода имеет четко выраженный вентильный эффект — большой ток при прямом смещении и ничтожно малый ток при обратном напряжении на переходе. На рис. 3,б масштаб в третьем квадранте изменен по сравнению с первым квадрантом. Видны отличия ВАХ германиевого и кремниевого переходов: из-за различной ширины запрещенной зоны обедненный носителями слой р-п-перехода в германиевом переходе исчезает при меньшем прямом напряжении (~0,3 В), чем в кремниевом (~0,7 В), а обратный ток в кремниевом переходе значительно меньше, чем в германиевом.