2.2)Работа р-n перехода при внешнем воздействии.

При подключении к p-n-переходу внешнего напряжения плюсом к полупроводнику р-типа (прямое включение) потенциальный барьер для основных носителей уменьшается, через переход потечет ток, увеличивающийся с увеличением внешнего напряжения. При изменении полярности внешнего напряжения (обратное включение) потенциальный барьер увеличивается, весьма малый обратный ток определяется дрейфом только неосновных носителей. Зависимость тока через переход от приложенного к нему внешнего напряжения определяет так называемую вольтамперную характеристику перехода (ВАХ). Для идеального p-n-перехода имеет место следующая зависимость тока от напряжения где I_s - обратный ток насыщения неосновных носителей при обратном напряжении на переходе. При u >> 0,025 В величина , поэтому в этом случае можно считать , а при u << -0,025 В, , поэтому можно считать, что при больших обратных напряжениях обратный ток равен току насыщения. На рис.1.4 пунктиром показана ВАХ идеального p - n -перехода в соответствии с выражением (1.4) для тока насыщения, равного 5 мкА, сплошные кривые соответствуют реальным переходам с кристаллом из германия ( Ge ) и кремния ( Si ). Для германия ток насыщения составляет примерно 10 мкА, а для кремния 10^-15…10^-13 А. В выражение (1.4) для малых токов кремниевого перехода в формулу (1.4) вводят коэффициент m =2…2,5: Обычно графики для прямых и обратных токов представляются в разных масштабах как для токов, так и для напряжений, поскольку прямые напряжения составляют доли вольта при токах несколько миллиампер , а обратные напряжения – десятки вольт при токе доли и единицы микроампер. В каждой точке нелинейной ВАХ можно найти производную, которая характеризует дифференциальные проводимость или сопротивление, сильно отличающиеся на прямой и обратной ветвях ВАХ. На вид и положение ВАХ в значительной степени влияет температура p - n -перехода . Считается, что ток насыщения I_S изменяется примерно в два раза у германиевых переходов и в 2,5 раза у кремниевых на каждые 10 градусов изменения температуры, при этом изменение падения напряжения на переходе составляет –(2…2,5) mВ/^оС. В интегральных схемах это изменение достигает величины -1,5 mВ/^оС. Максимально допустимые температуры для германиевых переходов составляют 80…100^оС, для кремниевых переходов – 150…200^оС .

П рямое и обратное смещение р-n перехода. Схема обратного смещения р-n - перехода представлена на рис.1. Из нее видно, что в переходе действуют два электрических поля: Е_к и E_обр. Эти поля совпадают по направлению, поэтому результирующее поле и вы­сота ПБ соответственно равны:\

Схема прямого смещения представлена на рис.3. Из нее видно, что в ЭДП действуют два электрических поля: контактное Е_k и прямое Е_пр. Эти поля имеют противоположные направления, вследствие чего результирующее поле и высота ПБ соответственно равны:  .

Ш ирина р-n перехода.

Ширина области пространственного заряда ("ширина" p-n-перехода) ₀ - из уравнений электростатики , где - объемная плотность заряда;

Барьерная ёмкость обратно смещённого р-n перехода.,

т.к. толщина объединённой плоскости p-n перхода есть ф-ия от приложенного напряжения.

W=[ 1^⅟2

Исходя из формулы=> область пространственного заряда (ОПЗ)ведёт себя как нелинейный конденсатор ёмкость которого зависит от приложенного напряжения С_бар=

dQ плотность поверхностного заряда при U<0 обратное смещение p-n перехода ю Диэлектриком этого конденсатора считать облость самого перехода

Q=[L _абсq U₀]^⅟2

С_бар=[ * ]^⅟2

С_бар=S* _абс/W S-площадб p-n перехода

Формула определяющая С_бар была выведенапри U<0 Применить её дляU>0 нужно ещё больше дифуз. ёмкость, связанная с наполнением заряда насителей в нейтральных облостях.