1.3.2.Прохождение тока через электронно-дырочный переход Прямой ток

Если внешнее напряжение приложить плюсом к p-области, минусом кn-области, то оно будет противостоять контактной разности_к. Следовательно, к переходу приложена разность потенциалов_к-U_пр; внутри перехода электрическое поле уменьшается, диффузионный ток дырок изp-области и электронов изn-области преобладает над дрейфовым током, и результирующий ток не равен нулю. Из-за снижения потенциального барьера этот ток может достичь больших значений, т.к. обеспечивается движением основных носителей заряда.

Этот ток называется прямым током. Прохождение прямого тока сопровождается увеличением концентрации неосновных носителей в каждой области на границе с переходом и вблизи него. Этот процесс называетсяинжекцией неосновных носителей.

Инжекция происходит в обе области, но если, например, N_a>>N_д , то инжекцией электронов можно пренебречь.

Под действием прямого напряжения уменьшается толщина p-n-перехода

=.

При этом уменьшается сопротивление перехода, т.е. оно является нелинейным (зависит от приложенного напряжения).

Обратный ток

Если внешнее напряжение приложить плюсом к n­-области, а минусом кp-области, то оно совпадает с направлением внутреннего поля, т.е. к переходу приложена суммарная разность потенциалов:_к+U_обр.

Электрическое поле в переходе увеличивается, дрейфовый ток становится больше тока диффузии. Результирующий ток называется обратным, он сопровождается движением через переход неосновных носителей: дырок из n-области, и электронов изp-области. Перенос неосновных носителей через переход называетсяэкстракцией. Ток за счет экстракции невелик, т.к. создается неосновными носителями, которые находятся от границ перехода на расстоянии диффузионной длины. При увеличении обратного напряжения обратный ток сначала растет, а затем достигает уровня насыщения и практически перестает зависеть от напряжения.

Под действием обратного напряжения толщина перехода увеличивается

 =

При этом возрастает его сопротивление.

Таким образом, р-n–переход обладает нелинейной проводимостью: в прямом направлении она гораздо больше, чем в обратном. Это свойство р-n–структуры находит широкое применение в полупроводниковой электронике.

1.3.3.Статическая вольт-амперная характеристика р-n перехода

Примем допущения:

1. Конструкция перехода плоскопараллельная, ось хперпендикулярна границе;

2. Пренебрегаем генерацией и рекомбинацией носителей заряда в самом переходе;

3. Пренебрегаем объемным омическим сопротивлением p- иn- областей, прилегающих к переходу.

Ток через переход найдем как сумму потоков дырок и электронов, проходящих через границы перехода. Плотность дырочного тока на границе перехода сn-областью (x_n=0):

Концентрация дырок на границе перехода иn-области и концентрация электронов на границе перехода иp-области соответственно равны

; .

В установившемся режиме избыточная концентрация неосновных носителей убывает вдоль x по экспоненте:

В германии = 0,7...2мм, в кремнии= 0,2...0,6 мм.

Отсюда вольт–амперная характеристика

При подаче обратного напряжения (U<0) ток асимптотически стремится к величине I₀=.

Таким образом,I₀ – это ток перехода при достаточно большом обратном напряжении.

Ток I₀ - это ток экстракции тех носителей заряда, которые образуются в пределах диффузионной длины от границ с переходом за счет термогенерации. Его называют тепловым токомI_т .

Если переход несимметричен (у нас из-за N_а >>N_д , p_n >>n_p),

.

Прямая ветвь В.А.Х. идет очень круто вблизи оси тока. При небольших значениях U_пр (десятки мВ) прямой ток через переход резко возрастает.