1.1.3. Работа диода при подключении внешнего обратного напряжения
При
подключении к выводам диода внешнего
обратного напряжения (
),
ширина запирающего слоя на переходе
увеличивается, растет высота потенциального
барьера, а, следовательно, диод
характеризуется высоким сопротивлением.
Создаваемое внешнее электрическое поле
с напряженностью -
будет совпадать по направлению с
(рис. 1.1.2.), тем самым, повышая потенциальный
барьер.
Суммарное
поле препятствует переходу основных
носителей заряда в область базы, однако
оно же способствует (извлечению)
экстракции неосновных носителей заряда
(в данном случае электронов) из области
эмиттера в область базы, которые образуют
обратный
ток диода
.
1.1.3.1. Тепловой ток диода
В идеале считалось, что обратный ток обусловлен только движением неосновных носителей, которые в полупроводнике образуются главным образом за счёт тепловой генерации пар зарядов. Поэтому этот ток называют тепловым.
Величина теплового тока диода определяется как:
,
(1.1.2)
где
и
- коэффициенты диффузии дырок и электронов
соответственно и определяются количеством
носителей, проходящих через единичную
площадку за 1 секунду (для германия
,
),
и
-
равновесные концентрации неосновных
носителей;
- площадь перехода;
и
-
ширина областей, прилегающих к
металлургической границе p-n-перехода
со стороны n-
и p-областей
соответственно.
В
случае малых размеров прилегающих слоев
эмиттера и базы (
)
выражение для теплового тока примет
вид:
,
(1.1.3)
где
и
толщина прилегающих слоев эмиттера и
базы соответственно.
Значения коэффициентов диффузии можно определить из следующего соотношения:
,
(1.1.4)
где
и
есть не что иное, как скорости генерации
дырок и электронов соответственно.
Таким образом, тепловой ток в
идеализированном переходе, ширина
которого стремится к 0,
обусловлен генерацией неосновных
носителей в объёмах полупроводников
и
,
прилегающих к металлургической границе
перехода. Из сравнения (1.1.2) и (1.1.3) ясно,
что при
неосновные носители могут не дойти до
перехода и, следовательно, не будут
участвовать в движении через запирающий
слой.
Величина
теплового тока также зависит и от площади
перехода
- с увеличением площади растет
.
Не
менее существенна зависимость теплового
тока и от концентрации неосновных
носителей. Если диод образован
несимметричным p-n-переходом
и степень легирования p-эммитера
значительно выше степени легирования
n-базы
(
),
то концентрация неосновных носителей
в базе будет больше, чем в эмиттере, т.е.
основную роль в образовании
теплового
тока будут играть неосновные носители
базы - дырки. Выражение
для теплового тока потому принимает
следующий вид:
.
(1.1.5)
Концентрация неосновных носителей определяется формулой:
.
(1.1.6)
В
данном случае
.
Подставив (1.1.6) в (1.1.5) получим следующее
выражение для теплового тока:
,
(1.1.7)
из которого видно, что величина теплового тока пропорциональна квадрату собственной концентрации и сильно зависит от температуры.
Количество неосновных носителей заряда значительно изменяется при изменении температуры, возрастая с ее повышением, поэтому обратный тепловой ток p-n-перехода, образованный за счет неосновных носителей, характеризуется следующими температурными изменениями / /:
,
(1.1.8)
где
- значение теплового тока при комнатной
температуре
.