1.5. Обратное смещение р-п перехода
При подаче внешнего напряжения, понижающего потенциал p- области (анода) по отношению к п- области (катоду), включение р-п перехода называется обратным (рис. 1.26). Полярность внешнего напряжения в этом случае совпадает с полярностью контактной разности потенциалов Uк.
Потенциальный барьер возрастает до величины Uк + Uo6р, запирающий слой увеличивается, в результате чего диффузионный ток основных носителей существенно уменьшается, а дрейфовый ток неосновных носителей быстро достигает насыщения. Во внешней цепи течет незначительный обратный ток Iобр , величина которого определяется концентрацией неосновных носителей (рис. 1.2, б).
1.6. Вольтамперная характеристика p-n перехода
Вольтамперная характеристика (ВАХ) р-п перехода нелинейна (рис. 1.3). Это значит, что сопротивление перехода непостоянно. При прямом включении сопротивление р-п перехода мало (десятки, единицы Ом), при обратном - в десятки тысяч раз больше и составляет сотни кОм.
Прямой ток становится заметным, когда прямое напряжение Uпр приближается к контактной разности потенциалов UK. Поскольку UK в кремниевых переходах составляет UKSi ≈ 0,5 - 0,6 В, то прямая ветвь ВАХ кремниевого р-п перехода сдвинута вправо (рис. 1.3). Принято считать пороговое напряжение отпирания кремниевого р-п перехода равным 0,6 - 0,7 В.
На начальном участке прямой ветви Uпр < UK, и сопротивление диода Rд = Rр + R3C + Rn определяется сопротивлением запирающего слоя R3С, которое гораздо больше сопротивлений p- и n-областей (R3с » Rp , Rn ).
С ростом прямого напряжения Uпр ширина запирающего слоя умень-шается и исчезает совсем, сопротивление диода уменьшается и при Uпр ≈ Uк становится постоянным и определяется значениями Rр и Rn, которые зависят от концентрации примеси в областях р и п.
Прямой ток создаётся движением основных носителей, обратный — неосновных. Поскольку основных носителей в полупроводнике в десятки тысяч раз больше, чем неосновных, то прямой ток гораздо больше обратного. Отсюда следует, что основное свойство диода - односторонняя проводимость.
Из вольтамперной характеристики р-п перехода видно, что прямое падение напряжения на линейном участке ВАХ при прямом включении мало зависит от тока и составляет не более 1 В.
1.7. Диоды Шоттки
В качестве выпрямительных диодов используют также диоды Шоттки, которые представляют собой контакт металл-полупроводник (рис. 1.4).
Для изготовления диода Шоттки нужно брать такие составляющие, чтобы работа выхода электронов из металла была больше, чем в полупроводнике. В этом случае электроны переходят из n-полупроводника в металл. Приконтактный слой металла заряжается отрицательно, а приконтактный слой п- полупроводника — положительно (ионы доноров), т.е. в месте контакта возникает поле, препятствующее дальнейшему переходу электронов из полупроводника в металл. Контактная разность потенциалов UK составляет 0,1-0,2 В, т.е. такой контакт обладает выпрямительными свойствами, но отличается от кремниевого р-п перехода меньшим падением напряжения (Uпр, в диодах Шоттки составляет 0,2-0,3 В) и более высоким быстродействием, т.к. ток образуется движением только электронов, а подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Вместе с тем диоды Шоттки отличаются не большими значениями максимально допустимого обратного напряжения Uобр.max, обычно не более 100 В. Диоды Шоттки широко применяются в различных полупроводниковых устройствах и в составе интегральных микросхем.