Прямое включение p-n перехода

Прямым подключением источника напряжения к диоду принимается такое, что плюс подключён к области p-типа, а минус к области n-типа (см. рис.). Противоположное включение называют обратным включением.

При этом электрическое поле источника напряжения напряжённостью E_и направлено навстречу контактному полю напряжённостью E. Следовательно, напряжённость результирующего электрического поля будет равна E_р=E-Е_и.

Уменьшение напряжённости электрического поля в p-n переходе при прямом включении вызовет снижение высоты потенциального барьера на значение прямого напряжения U источника питания (см. рис.). Это приводит к увеличению числа основных носителей заряда через потенциальный барьер и соответственно к росту диффузионного тока и уменьшению встречного дрейфового тока I₀.

Изменение диффузионного тока с изменением напряжения происходит по экспоненциальному закону, где k – постоянная Больцмана, T – температура. (диффузионный ток)

Результирующий ток (прямой ток диода) равен:

Как видно из выражения, прямой ток зависит от приложенного напряжения и даже небольшое напряжение, приложенное к p-n переходу, вызывает большой ток. В результате действия внешнего поля в прямом направлении в области p-n перехода происходит перераспределение концентрации носителей заряда. При этом дырки p-области и электроны n-области диффундируют вглубь p-n перехода и рекомбинируют. В результате ширина p-n перехода уменьшается, что снижает сопротивление запирающего слоя.

Обратное включение p-n перехода

При обратном включении p-n перехода (рис. 5) электрическое поле источника напряжения напряжённостью E_и направлено в ту же сторону, что и контактное поле p-n перехода напряжённостью Е. Тогда напряжённость результирующего поля в переходе будет равна: Е_p=Е_и+Е. Это увеличение напряжённости электрического поля в p-n переходе повышает потенциальный барьер (см. рис. 4б) на значение обратного напряжения источника.

Следствием повышения потенциального барьера является уменьшение числа основных носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер. Уменьшение диффузионного тока происходит по экспоненциальному закону, тогда обратный результирующий ток через p-n переход будет равен (см. выраж.): (обратный ток)

Ток при обратном включении p-n перехода называют обратным током. Для неосновных носителей заряда поле p-n перехода является ускоряющим, поэтому дырки области n из прилегающих к p-n переходу слоёв дрейфуют в область p-типа, а электроны области p – в область n-типа. При этом через p-n переход протекает только дрейфовый ток. Он незначителен, поскольку мала концентрация неосновных носителей заряда в обеих областях и велико сопротивление p-n перехода.

Ввиду тепловой генерации неосновных носителей заряда обратный ток ещё называют тепловым. Его значение при данной температуре определяется скоростью тепловой генерации носителей заряда. Так как при обратном включении p-n перехода увеличивается потенциальный барьер, увеличивается и ширина p-n перехода. Это вызывает повышение сопротивления запирающего слоя.

Прямое и обратное включение p-n перехода иногда называют прямым и обратным смещением диода.