1.6. Прямое и обратное смещение p-n-перехода

Подключение к p-n-переходу внешнего напряжения (напряжения смещения) приводит к нарушению условия равновесия и через p-n-переход потечёт ток. При этом изменяется высота потенциального барьера и ширина p-n-перехода.

Рассмотрим вначале прямое смещение p-n-перехода (рис. 1.6, а). В этом случае плюс источника подключён к p-области, а минус – к n-области. Высота потенциального барьера φ при этом снижается:

. (1.15)

Уменьшение высоты потенциального барьера приводит к снижению потенциального бартера препятствующего диффузии носителей заряда (рис. 1.6, б). Поэтому больше количество дырок способно переходить из области p-типа в область n-типа и большее количество электронов из области n-типа в область p-типа. Поэтому диффузионный ток увеличивается, а дрейфовый ток остается постоянным, так как неосновные носители двигаются через p-n-переход, как и в равновесном состоянии, в ускоряющем поле

Заменив в (1.8) φ₀ на φ, можно убедиться, что при прямом смещении уменьшается ширина p-n-перехода (рис. 1.6, а).

При прямом смещении дырки, перешедшие из p-области в n-область, они там становятся неосновными носителями и накапливаются в валентной зоне. Аналогично накапливаются электроны в зоне проводимости области p (см. рис. 1.6, б). Процесс нагнетания неосновных носителей заряда в какую либо область полупроводника называется инжекцией.

Рис. 1.6. Р-n-переход и его зонная диаграмма: а, б – при прямом; в, г – при обратном смещении

В несимметричных p-n-переходах, за счёт разной концентрации примесей (в рассматриваемом нами случае Nа > Nд), инжекция носит практически односторонний характер. Инжектирующий слой называется эмиттером, а слой, в который инжектируются неосновные для него носители – базой. В рассматриваемом нами случае эмиттером является p-область, а базой – n-область.

При обратном смещении (рис. 6, в) потенциальный барьер возрастает на величину U:

. (1.16)

Подставляя значение φ в формулу (1.14) получаем для неравновесной ширины p-n-перехода l следующее соотношение:

(1.17)

Таким образом, увеличение обратного смещения приводит к расширению p-n-перехода. Поскольку несимметричный переход почти полностью расположен в высокоомной базе, то и его расширение происходит в сторону базы.

При использовании обратного смещения p-n-перехода на практике обычно U >> φ₀. В этом случае для оценки ширины p-n-перехода можно использовать приближенное равенство:

. (1.18)

Возросший потенциальный барьер затрудняет и даже делает невозможным прохождение через p-n-переход основных носителей заряда (рис.1.6, г), вследствие чего диффузионный ток уменьшается и при обратном напряжении U ≥ 0,5 В становится равным нулю. Дрейфовый же ток остается практически постоянным, поэтому через p-n-переход будет протекать лишь небольшой ток в обратном направлении.