Выпрямление тока в p-n переходе

К p-n переходу приложена разность потенциалов U так, что p-область заряжается положительно (прямое смещение).

Сопротивление слоя объёмного заряда перехода высокое, поэтому падение напряжения будет в основном в этой области

При прямом смещении высота потенциального барьера понижается на eU по сравнению с равновесным состоянием

Увеличивается поток основных носителей заряда через барьер

В приконтактной области к p-n переходу концентрация электронов и дырок будет повышена по сравнению с равновесным состоянием

Теория тонкого p-n перехода

Плотность полного тока дырок и электронов:

Jn en n eDn dndx;J p ep p eDp dp dx;

-напряженность внешнего электрического поля

Рассмотрим n-область. При прямом смещении p-n перехода

n nn n

Теория тонкого p-n перехода

Так как дрейфовой составляющей тока дырок в n-области можно пренебречь, уравнение непрерывности для дырок для стационарного случая ( p/ t=0) запишется в виде:

2)x X n ; p X n pneeUkT

Теория тонкого p-n перехода

Таким образом, закон изменения концентрации дырок в n-области при x>Xn принимает вид:

p x pn pn eeUkT 1 e x Xn Lp

И для дырочного тока получаем:

Проведя аналогичные расчёты найдём, что в p-области изменение концентрации неравновесных электронов при x<-Xp определяется соотношением:

n x np np eeUkT 1 e x X p Ln

А электронная составляющая тока имеет вид:

Теория тонкого p-n перехода

В любом сечении полупроводника сумма плотностей электронного и

дырочного токов постоянна:

J J pp Jn p Jnn J pn const

Поскольку слой объемного заряда узок и внутри него нет рекомбинации носителей заряда, то дырочные токи в p- и n-областях на границе запорного

слоя одинаковы:

J pp x X p J pn x Xn

Принимая это во внимание, для плотности общего тока, текущего через переход можно использовать формулу:

Теория тонкого p-n перехода

Следовательно ВАХ тонкого p-n перехода описывается уравнением:

При прямом смещении ток, текущий через p-n переход, экспоненциально возрастает с ростом приложенной разности потенциалов, а обратный ток растёт медленно и достигает насыщения. Таким образом, p-n переход обладает сильным выпрямляющим действием, которое тем лучше, чем меньше ток насыщения.

ВАХ p-n перехода

При достижении критического значения отрицательного напряжения ток насыщения быстро увеличивается. Такой рост тока обусловлен тем, что электроны и дырки в обедненном слое приобретают кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации валентных электронов. Возникающие при этом свободные носители заряда в свою очередь ускоряются полем и принимают участие в генерации электронно-дырочных пар. Происходит лавинное нарастание концентрации свободных носителей заряда, поэтому этот тип пробоя p-n перехода называется лавинным