1.2.Выпрямление тока в p-n переходе

Рассмотрим теперьp-n переход, к которому приложена разность потенциалов U такая, что p-область заряжается положительно (прямое смещение, рис1.4). Т.к. сопротивление слоя объемного заряда перехода высокое, то падение напряжения будет, в основном, в этой области.Поэтому при прямом смещении высота потенциального барьера понижается на eU по сравнению с равновесным состоянием, соответственно изменится и толщина запорного слоя

Понижение потенциального барьера приведет к увеличению потока основных носителей заряда по сравнению с равновесным состоянием, т.е.

большее количество электронов из n-области будет переходить в p-область и большее количество дырок из p-области в n-область, а поток неосновных носителей заряда через переход останется практически неизменным. В результате этого во внешней цепи будет протекать «прямой» ток, равный разности токов основных и неосновных носителей заряда и направленный из p-области к n-области:

В n-области появившиеся избыточные неосновные носители зарядов – дырки ∆p создадут в первый момент вблизи контакта положительный объемный заряд. Однако через очень короткое время этот заряд будет скомпенсирован объемным зарядом основных носителей - электронов, которые под действием электрического поля, созданного избыточными дырками, будут подтянуты в количестве ∆n из глубины n-области, а в n-область электроны поступят из внешней цепи. Таким образом, во всех частях электронного полупроводника будет соблюдаться электронейтральность, но в приконтактной к p-n переходу области концентрация электронов и дырок будет повышена на ∆n = ∆p по сравнению с равновесным состоянием. Введение в полупроводник носителей заряда с помощью p-n перехода при подаче на него прямого смещения в область, где эти носители заряда являются неосновными, называют инжекцией. Теперь концентрация дырок в n-области вблизи контакта равна p = p_n + p_x. В стационарном случае при x = и отсутствии вырождения носителей заряда концентрация избыточных дырок в n-области определяется выражением

, (1.1),

концентрация избыточных электронов в p-области при x=

. (1.2).

Из (1.1) и (1.2) следует, что с увеличением прямого смещения на p-n переходе концентрация инжектируемых неосновных носителей заряда резко возрастает, что приводит к сильному росту тока через контакт в прямом направлении.

Если кp-n переходу приложено обратное смещение (рис.1.5), p-область заряжена отрицательно, потенциальный барьер повышается на величину eU и увеличивается толщина запорного слоя объемного заряда,

Чем сильнее смещен переход в обратном направлении (U), тем меньшее количество основных носителей заряда способно преодолеть возросший потенциальный барьер. В соответствии с этим количество неосновных носителей заряда в приконтактной области уменьшается по сравнению с равновесным состоянием, следовательно, уменьшается и количество основных носителей заряда вследствие соблюдения электронейтраль-ности. Это явление называется экстракцией носителей заряда. Избыточная концентрация электронов в p-области по-прежнему определяется выражением (1.2), по величину напряжения U следует брать с «минусом». Таким образом, при обратном смещении p-n перехода ток основных носителей заряда будет меньше, чем при равновесном состоянии, а ток неосновных носителей практически не изменится. Поэтому суммарный ток через p-n переход будет направлен от n к p-области, и с увеличением обратного напряжения будет сначала незначительно расти, а затем стремится к величине, называемой током насыщения I_s. Bольт-амперная характеристика нелинейная (рис.1.6).