Уровень инжекции

При прямом смещении перехода концентрация дырок на его базовой границе уменьшается. Избыточные дырки "уходят" в глубину базы. По мере удаления от перехода их концентрация уменьшается из-за рекомбинации и пожже формируется некое распределение избыточных дырок. Инжекция дырок в базу нарушает её электронейтральность и способствует приливу черезмерных электронов из внешней цепи. Эти электроны, да бы компенсировать избыточный заряд дырок, распределяются так же как и дырки. Но незначительное отличие между кривыми распределения электронов и дырок есть всегда, так как в состоянии полной электронейтральности нет силы которая могла бы противодействовать диффузии электронов в сторону от перехода, и их распределение не могло бы быть стационарным.  Интенсивность диффузии носителей в базу обычно характеризуют уровнем инжекции: Δp_n(0), Δn_n(0) - граничные концентрации избыточных дырок электронов; n_n0 - концентрация равновесных электронов.

Распредиление носителей заряда в базе, при примом (а) и обратном смещении (б) p-n перехода.

Обратное смещение p-n перехода приводик к экстракции неосновных носителей из соседних областей. Неосновныеносител, которые попадают в переход, перебрасываются его полем в соседнюю область. Поэтому концентрация неосновных носителей заряда в областях p и n на границе с обьемным зарядом при обратном смещении всегда равна нулю.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) представляет собой график зависимо­сти тока во внешней цепи p-n-перехода от значения и полярности напря­жения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспериментально или рассчитана на основании уравнения вольтампер­ной характеристики [2].

При включении p-n-перехода в прямом направлении в результате ин­жекции возникает прямой диффузионный ток

 

I = I_n диф(х_p)  =SqD_n (dΔn/dx) |_x=xp,

 

где S – площадь p-n-перехода, q – заряд электрона, D_n– коэффициент диффузии электронов.

С учётом    прямой ток p-n-пере­хода определяется выражением

 

 

Обозначим   , эта величина имеет размерность тока, опреде­ляется концентрацией неосновных носителей заряда в базе n_p и называется тепловым током I₀.

Общее выражение для вольтамперной характеристики p-n-перехода записывается в виде

                          (2.7)

где I₀ – тепловой ток p-n-перехода, с учётом дырочной составляющей те­пловой ток может быть записан в виде

 

                           (2.8)

 

Тепловой ток p-n-перехода зависит от концентрации примеси и темпе­ратуры. Увеличение температуры p-n-перехода приводит к увеличению теплового тока, а, следовательно, к возрастанию прямого и обратного то­ков.

Увеличение концентрации легирующей примеси приводит к уменьше­нию теплового тока, а, следовательно, к уменьшению прямого и обратного токов p-n-перехода.

На рис. 2.3 приведена ВАХ идеального p-n-перехода.

Учитывая, что при Т = 300К, φ_T= 26 мВ, можно сделать вывод, что пря­мой ток очень сильно зависит от прямого напряжения (при увеличении U на 2φ_T мВ прямой ток возрастает в 10 раз). Наоборот, обратный ток при обратных напряжениях, больших 2φ_T мВ, практически перестает зависеть от приложенного напряжения и равен I₀. Реально прямой и обратный токи по величине отличаются на порядки и для них используются разные мас­штабы. Поскольку ВАХ p-n-перехода представляет собой нелинейную за­висимость между током и напряжением, то между малыми амплитудами тока и напряжения (или между малыми приращениями тока и напряжения Δi и Δu) существует линейная связь. В этом случае p-n-переход на перемен­ном токе характеризуют дифференциальным сопротивлением R_д:

R_д =du/dI≈Δu/Δi.

Аналитическое выражение r_pn получим, дифференцируя  (2.7)

R_д =φ_T/(I+I₀).                                              (2.9)

При прямом напряжении r_pnмало и составляет единицы – сотни Ом, а при обратном напряжении – велико и составляет сотни и тысячи килоОм.

Дифференциальное сопротивление можно определить графически по характеристике (рис. 2.3, где указаны Δi и Δu ).